Лабораторные работы по теории цепей


Методы расчета нелинейных электрических цепей переменного тока

Используются различные методы расчета. Мы рассмотрим следующие:

Графический метод расчета, основанный на использовании нелинейных характеристик для мгновенных значений величин.

Аналитический метод, основанный на использовании нелинейных характеристик для мгновенных значений величин при кусочно-линейной аппроксимации.

Аналитический метод, основанный на использовании нелинейных характеристик для действующих значений величин.

Графический или аналитический метод расчета по первым гармоникам токов и напряжений (метод гармонического баланса).

Итерационный метод.

Порядок выполнения лабораторных работ

Целью лабораторного практикума по курсу "Основы теории цепей" является экспериментальное подтверждение основных теоретических разделов курса, ознакомление с некоторыми измерительным приборами и овладение методикой основных электрических измерений.

  Выполнение каждой работы состоит из трех основных этапов:

 1. Подготовка к лабораторной работе.

 2. Выполнение эксперимента в лаборатории.

  3. Составление отчета.

 1. Подготовка к лабораторной работе

 Во время подготовки к лабораторной работе студент должен:

а) обстоятельно ознакомиться с соответствующими разделами теоретического курса;

б) выполнить требуемые предварительные расчеты и графики (числовые данные для расчетов находятся в лаборатории);

в) составить необходимые принципиальные и монтажные схемы эксперимента, продумать назначение каждого прибора и деталей лабораторной установки, а также порядок их включения;

г) подготовить ответы на контрольные вопросы.

2. Выполнение эксперимента в лаборатории

Лабораторные работы выполняются бригадами по два человека в часы, предусмотренные расписанием.

Непосредственному выполне­нию каждой лабораторной работы предшествует теоретический кол­локвиум – проверка подготовленности студентов. При этом студент представляет преподавателю оформленный отчет по предыдущей рабо­те и все расчеты, графики и схемы, относящиеся к выполняемой работе.

Если представленные материалы признаны удовлетворительными, преподаватель задает контрольные вопросы, касающиеся предстоящей лабораторной работы.

Если материалы, представленные студентом, или его ответы на контрольные вопросы признаны неудовлетворительными, студент к выполнению лабораторной работы не допускается.

Студенты, допущенные к лабораторной работе, выполняют ее в соответствии с настоящими указаниями.

Все студенты должны быть ознакомлены (под расписку) с инструкцией по технике безопасности и правилами внутреннего распорядка в лаборатории.

При сборке установки студенты должны обращать особое внимание на выполнение монтажных схем. Монтажную схему следует собирать, используя наименьшее количество соединительных проводов. Все контактные соединения должны быть надежными и выполнены технически грамотно.

Расчеты, основанные на экспериментальных данных, выполняются в лаборатории в процессе работы. Кривые, снятые в лабора­тории, вычерчиваются также в процессе работы.

Экспериментальная часть работы считается выполненной после просмотра и утверждения черновика отчета преподавателем.

3. Составление и сдача отчета

Отчет составляется каждым студентом индивидуально и оформляется в соответствии с требованиями стандарта.

В отчете должны быть отражены:

– цель работы;

– результаты подготовки к выполнению лабораторной работы;

– экспериментальная часть работы;

– выводы по выполненной работе.

По результатам домашней работы составляются и приводятся таблицы, графики, указанные в описании, необходимые расчеты. Расчетам должно предшествовать краткое объяснение методик рас­чета, расчетные формулы и соотношения с указанием первоисточника. Значения символов и числовых коэффициентов, входящих в формулу, расшифровываются в тексте отчета.

В разделе отчета, посвященном эксперименту, вычерчи­ваются схемы измерений с кратким объяснением методики эксперимента.

Рисунки и графики выполняются на листах белой или миллиметровой бумаги, помещаются после первого упоминания в тексте или в конце отчета в виде приложения; при размещении в тексте их размер должен быть не менее 10 х15 см.

На графике вычерчивается координатная сетка, по осям проставляются изменяющиеся величины с указанием размерности. Рисунки и графики снабжаются подрисуночными подписями.

Каждая таблица снабжается заголовком, в котором указаны ее номер и название.

Значения всех физических величин должны приводиться в единицах СИ или в кратных и дольных от них.

Выводы содержат анализ полученных результатов по всем пунктам задания, объяснение причин отклонения результатов эксперимента от расчетных величин, оценку погрешностей и т.д. Можно указать части работы, вызвавшие затруднения, дать рекомендации по улучшению лабораторного практикума.

В тексте отчета следует по возможности не использовать личные местоимения. Не допускается применять сокращения слов, кроме установленных правилами русского языка.

Способы аналитического определения коэффициентов

по известной схеме и параметрам её элементов коэффициенты находятся следующими способами:

Составлением уравнений по законам Кирхгофа и представлением их в виде (1) и (2);

По вычисленным значениям Z1к, Z1х, Z2к;

Разбивкой сложного 4П на более простые 4П с известными параметрами;

Способом эквивалентных преобразований (Y®D или D®Y) свести к Т- или П-образной схеме.

 

8.7. Входные сопротивления 4П

1. Со стороны входа Z1вх = , где Z2 = .

2. Со стороны выхода Z2вх = , где Z1 = .

Таким образом, Z1х = , Z1к = , Z2х = , Z2к = .

Отсюда важное соотношение =  = .

3.5. Постройте и зарисуйте частотные характеристики цепи АЧХ и ФЧХ в линейном масштабе. Для этого на панели инструментов выберите кнопку «Анализ» → «АЧХ/ФЧХ». Начальную частоту выберите равной 1 Гц, конечную частоту - 10 МГц. Указанные значения в дальнейшем следует откорректировать так, чтобы на экране дисплея достаточно хорошо отображались основные особенности АЧХ и ФЧХ исследуемой цепи. Выберите число точек для расчета, равное 1000.

3.6. Определите по графику АЧХ с помощью линейки полосу пропускания цепи на уровне , где =max │Н (jω)│.

3.7. Определите по графику АЧХ граничные значения амплитудно-частотной характеристики:

│Н (jω)│= │Н (0)│; │Н (jω)│= │Н (∞)│.

3.8. Смоделируйте на входе цепи единичное ступенчатое воздействие 1(t). Задайте параметры источника:

«Тип источника» – меандр

«Частота (f)» – 1 Гц

«Коэффициент заполнения (К)» – 50%

«Макс.напряжение (Umax)» – 1 В

«Мин.напряжение (Umin)» – 0 В

«Длительность фронта (tfr)» – 1 нс

«Задержка включение (delay)» – 0 пер

3.9. Постройте и зарисуйте переходную характеристику цепи h(t). Рекомендуемые параметры в таблице анализа:

«Начальное время» - 0

«Конечное время» - 5 мкс

«Число точек» – 10000

Определите по графику с помощью линейки предельные значения h(t):

; .

3.10. Смоделируйте на входе единичное импульсное воздействие δ(t). Задайте параметры источника:

«Тип источника» – меандр

«Частота (f)» – 1 Гц

«Коэффициент заполнения (К)» – 0,1мк %

«Макс.напряжение (Umax)» – 10Г В

«Мин.напряжение (Umin)» – 0 В

«Длительность фронта (tfr)» – 1 нс

«Задержка включение (delay)» – 0 пер

Следует различать понятия пассивного (активного) N-полюсника и пассивной (активной) электрической цепи. Электрическая цепь будет активной, если в нее входит хотя бы один активный двухполюсник, или N-полюсник, и пассивной в противном случае. Цепь всегда будет активной, если она содержит активные компоненты, например транзисторы, электронные лампы, операционные усилители, или те или иные генераторы. Если величины R, L, C не зависят от электрического режима (от протекающих в них токах или приложенных напряжений) и остаются постоянными во времени, т. е. R, L, C = const, то элементы называются линейными. Соответственно и РТУ, содержащие только такие элементы, называются линейными. Процессы в линейных электрических цепях описываются линейными дифференциальными или алгебраическими уравнениями с постоянными коэффициентами.


Метод контурных токов