Методическое указание к курсовой работе по ТЭЦ

Если входной сигнал представляет собой амплитудно-модулированное или частотно-модулированное колебание, то источник входного сигнала выбирается из раздела BV (источник напряжения), взамен Voltage и BI (источник тока), взамен Current. Выходное напряжение генератора сигналов описывается в графе V=F(…) таблицы редактора компонентов:

V = < выражение для амплитудно-модулированного или частотно- модулированного колебания >. Аналогично для АМ или ЧМ тока.

Пример: V={2*Cos((1000*time)+3*cos(100*time))}.

I={2*(1+0.7*sin(600*time))*cos(16000*time)}

График второго сигнала:

Таким образом, в схеме для снятия переходной характеристики достаточно изменить только описание входного сигнала и поменять вид анализа цепи. Теперь нас интересует зависимость выходного сигнала от времени, поэтому директиву

.ac lin 1000 1e-5 15e4 необходимо поменять на .tran. Для этого, нажимаем на строку

.ac lin 1000 1e-5 15e4 правой кнопкой мыши, и в появившемся окне выбираем вкладку Transient. В окне диалога на запрос вида анализа надо указать:

.TRAN < величина интервала анализа> <UIC>

Величина интервала анализа приводится в секундах (например: 0.05, 1е-3, 1и т.п.) и не должна быть меньше, чем длительность переходной характеристики.

Опция <UIC> - является указанием программе SWCad для использования начальных условий при расчете переходной характеристики.

После ввода всех параметров анализ и их подтверждения нажатием кнопки Ok на схеме указывается узел или элемент, на котором снимается переходная характеристика.

Переходная характеристика цепи является функцией времени и описывает свойства цепи временным способом.

6. Определение спектра входного и выходного сигнала.

Входной сигнал (входное воздействие) в разных вариантах представлен различными периодическими и непериодическими процессами: например, амплитудно-модулированным колебанием, частотно-модулированным колебанием, периодической последовательностью импульсов и т.п.

В курсовой работе необходимо рассмотреть спектральное представление входного сигнала (ряд Фурье, Функции Бесселя и пр.), записать выражения для определения составляющих спектра входного сигнала и нарисовать график амплитудного и фазового спектра входного сигнала. Затем следует рассмотреть, как изменится спектр сигнала при прохождении его через цепь.

Если входной сигнал является периодической функцией времени, то его спектр определяется разложением на гармонические составляющие либо в ряд Фурье, либо с помощью тригонометрических преобразований. При непериодическом воздействии спектр находится с помощью интегрального преобразования Фурье или преобразования Лапласа. Для линейной цепи справедлив метод суперпозиции: реакция цепи на суммарное воздействие равна сумме реакций на каждое из воздействий в отдельности. Поэтому для определения амплитудного спектра выходного сигнала необходимо амплитуду каждой из гармоник входного сигнала умножить на величину коэффициента передачи на частоте данной гармоники. Коэффициент передачи определяется по АЧХ цепи. Фазовый спектр выходного сигнала получается алгебраическим суммированием фаз гармонических составляющих сигнала на входе и значений ФЧХ на частотах гармоник.

Для непериодического сигнала спектральная плотность выходного сигнала определяется произведением спектральной плотности входного сигнала и

комплексной передаточной функции цепи:

Sвых ( jω) = Sвх ( jω) * Η( jω) = Sвх (ω) * e jϕвх (ω) * Η(ω) * e jϕH (ω)

Амплитудный спектр выходного сигнала равен произведению Sвх (ω) * Η(ω) , а фазовый - ϕвых (ω) =ϕвх (ω) +ϕH (ω) .

Спектральный анализ в SWCad производится с помощью быстрого преобразования Фурье после завершения расчета переходного процесса (т.е. после выполнения директивы .TRAN). Для расчета спектра окно графика с временной зависимостью того сигнала, спектр которого будем просматривать, сделать активным, а затем в режиме просмотра – View выбрать пункт FFT и, отвечая на вопросы в диалоговом окне, подобрать параметры расчета спектра. Чем больше интервал времени для анализа, тем точнее спектр. На графиках, включаемых в пояснительную записку, масштабы спектров входного и выходного сигналов должны быть одинаковы и выполнены в одном временном и амплитудном масштабе для удобства их сравнения.

Литература:

1.Справка по работе с программой SwitcherCAD III ( Электронный вариант

2002г. )

2.Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы.- М: Высшая школа, 1988.- 448с.

3.Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. М: Радио и связь, 1986.-512с.

4.Шебес М.Р., Каблукова М.В. Задачник по теории линейных электрических цепей.- М: Высшая школа, 1990.-544с.

5.Радиотехнические цепи и сигналы. Примеры и задачи. Под ред. И.С.Гоноровского . М: Радио и связь, 1989.-248с.

6.Попов В.П. Основы теории цепей.- М: Высшая школа, 1985.-496с.

7.Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для студентов втузов.-М: Наука, 1965.

8.Разевиг В.Д. Применение программ для схемотехнического моделирования на ПЭВМ, выпуск 3.-М: Радио и связь, 1992.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Задание 1

a)Расчет модуля и аргумента комплексной передаточной функции Hu(j ω),

b)расчет переходной характеристики цепи,

c)расчет спектров входного и выходного сигналов.

Входной сигнал представляет собой периодическую последовательность прямоугольных

импульсов:	u1	E		0 < t ≤ τ
		(t) =	0	τ < t < T

№	R1	R2	R3	R4	C1	С2	С3	Е	τ	Т(период)
вар.	kОм	kОм	kОм	kОм	мкФ	мкФ	мкФ	В	сек	сек
1	100	1000	200	500	0.1	0.001	10	0.5	6 10-5	5·10-3
2	10	500	50	20	1	0.001	20	1	10-5	2·10-4
3	20	20	10	40	0.01	0.01	30	0.5	10-6	10-4
4	40	60	50	120	0.01	0.02	40	2	10-4	2·10-3
5	70	100	100	50	10	0.05	50	1	10-5	2·10-4
6	90	20	500	750	0.1	0.001	60	2	10-3	5·10-2
7	50	200	600	100	0.5	0.01	70	2	104	0.005
8	60	80	30	10	0.01	0.001	60	1	10-3	5·10-2
9	80	40	10	30	0.1	0.001	40	0.5	10-6	5·10-2
10	5	300	50	200	1	0.01	30	1	10-2	5·10-2

Задание 2

a)Расчет модуля и аргумента комплексной передаточной функции Hu(j ω),

b)Расчет переходной характеристики цепи,

c)Расчет спектров входного и выходного сигналов.

Входной сигнал представляет собой периодическую последовательность отрезков синусоиды:

	U		sin 2πft
		m
U1	(t) =
			0

0 < t < T

2

T < t < T 2

№вар.	L1=L2,Гн	C1=C2, мкФ	L3,Гн	C3,мкФ	F,Гц	Um,В	RH, kOм
1	1	5	0.1	10	50	12	10
2	0.5	1	0.01	20	400	5	2
3	2	6	0.02	50	50	6	0.5
4	0.5	5	0.01	10	100	12	20
5	2	2	0.05	100	50	6	5
6	1	5	0.03	10	400	6	1
7	0.5	4	0.02	100	50	24	3
8	1	3	0.04	50	50	6	1.5
9	1	5	0.01	10	400	12	2.5
10	2	20	0.02	10	50	12	1

Задание 3

a)Расчет модуля и аргумента комплексной передаточной функции Hz(j ω),

b)расчет переходной характеристики цепи,

c)расчет спектров входного и выходного сигналов.

Входной сигнал представляет собой частотно-модулированное колебание: I1(t) = I0 Cos (ω0 t + β Sin Ω t) (А)

№	I0	ω0	Ω	β	R1	R2	R3	C1	L	C2
вар.	мA	рад/сек	рад/сек		kОм	kОм	kОм	пФ	мГн	пФ
1	20	3e7	4e5	15	30	3	1	3	10	18
2	50	4,7e7	3e5	16	60	5	2,7	4	50	20
3	10	2,5e7	2e5	11	25	10	1	3	30	15
4	40	4e7	3e5	13	40	12	30	3	40	22
5	70	1e8	3e5	12	50	2	20	6	20	10
6	30	7e7	1e6	14	40	5	12	5	10	33
7	60	5,9e7	5e5	16	20	3	2,7	6	40	20
8	50	2e7	3e5	12	30	7	12	4	20	29
9	40	5e7	2e5	15	50	5	2	5	40	22
10	45	3e7	3e5	15	40	10	20	3	30	20

Задание 4

a)Расчет модуля и аргумента комплексной передаточной функции Hu(j ω),

b)расчет переходной характеристики цепи,

c)расчет спектров входного и выходного сигналов.

Входной сигнал представляет собой периодическую последовательность прямоугольных

импульсов: U1	E	0 < t < τ
	(t) =	τ < t < T
	−Е

№ вар.	E (В)	τ мс	Т, мс	C, нФ	R, kОм
1	3	5	45	0.34	6
2	10	2	10	0.2	2
3	5	3	12	0.1	5
4	2	4	26	0.05	10
5	4	5	18	0.25	1.2
6	3	1	15	0.45	2
7	6	2	12	0.01	4
8	7	2	24	0.02	7
9	5	4	16	0.5	3
10	10	3	33	0.25	4

Задание 5

a)расчет модуля и аргумента комплексной передаточной функции Hz(j ω),

b)расчет переходной характеристики цепи,

c)расчет спектров входного и выходного сигналов.

Входной сигнал представляет собой периодическую последовательность прямоугольных импульсов тока с амплитудой Im , длительностью τ и скважностью q .

№	Im	τ	q	R1	R2	R3	C1	C2	C3
вар.	мА	мс		kОм	kОм	kОм	пФ	мФ	пФ
1	4	5	5	95	1	5	27	100	27
2	6	1	10	20	2	5	51	1	22
3	2	2	12	50	6	1	22	5	18
4	3	3	4	46	5	1.5	24	0.25	27
5	4	2	15	12	3	2.7	9.1	5.5	12
6	5	5	20	25	7	3.3	18	0.5	33
7	5	3	10	64	4	1.8	27	0.5	12
8	3	4	8	78	10	1.2	18	1.25	15
9	10	2	10	45	3	2.2	33	0.5	24
10	2	4	8	20	8	1	5.1	1	51

Задание 6

a)Расчет модуля и аргумента комплексной передаточной функции Hu(j ω),

b)расчет переходной характеристики цепи,

c)расчет спектров входного и выходного сигналов.

Входной сигнал представляет собой частотно-модулированное колебание:

U1(t) = E Cos (ω0 t + β Sin Ω t) (В)

Определить передаточную функцию цепи по напряжению.

№	E	ω0	Ω	β	L1	R	C1	L2	C2
вар.	(В)	рад/сек	рад/сек		Гн	kОм	пФ	мГн	пФ
1	4	4e7	7e4	12	6	2	50	5	60
2	0.1	6e7	1e4	15	10	3	30	10	96
3	3	5e7	3e4	12	20	1	48	5	15
4	0.5	3.5e7	6e4	15	10	2	38	4	26
5	4	5e7	7e4	12	8	1.3	18	7.5	24
6	0.3	8e7	5e4	14	15	1.2	48	4.5	55
7	1	4.7e7	8e4	14	9	2	64	9	18
8	3	4.5e7	3e4	12	18	2	28	5	56
9	5	5e7	4e4	15	10	1.5	36	4	36
10	0.4	8.3e7	2e5	12	8	1.4	24	3	48

Задание 7

a)Расчет модуля и аргумента комплексной передаточной функции Hi(j ).

b)расчет переходной характеристики цепи,

c)расчет спектров входного и выходного сигналов.

Входной сигнал представляет собой одиночный прямоугольный импульс:

I1	E		0 < t < τ
	(t) =	0	0 > t, t > τ

№ вар.	E	τ	R1	C1
	В	мкс	kОм	пФ
1	13	20	5.5	1e4
2	8	6	2.5	1e3
3	3	6	4.5	2e4
4	4	8	2	2e3
5	5.5	4	0.8	1e4
6	7.8	2	1.5	5e3
7	2	5	3.6	2e3
8	10	2	1.9	1e3
9	1	10	2	6e3
10	2.5	5	5	1e4

Задание 8

a)Расчет модуля и аргумента комплексной передаточной функции

b)Расчет переходной характеристики цепи,

c)Расчет спектров входного и выходного сигналов.

Входной сигнал представляет собой периодическую последовательность прямоугольных

импульсов:	U1	E		0 ≤ t ≤ τ
		(t) =	0	τ < t < T

№	R	L2	L4	C1	С2	С3	Е	τ	Т
вар.	kОм	мГн	мГн	нФ	нФ	нФ	В	сек	сек
1	1	124.1	74.29	70.2	4.232	128.2	2	1e-4	30e-4
2	0.6	7.29	4.464	11.45	0.992	21.2	3	1e-5	20e-5
3	0.5	11.86	7.451	26.78	3.2	50	7	5e-5	30e-5
4	0.05	288000	186600	64.97	10.49	124.8	5	8e-6	160e-6
5	0.1	1.282	0.802	75.75	4.458	132.6	9	5e-5	25e-5
6	0.2	5	3.2	74.22	6.34	131.6	7	2e-3	16e-3
7	0.75	7.66	5.023	8	0.9	14.5	8	5e-6	1e-4
8	0.75	8.04	5.03	7.74	1.314	14.3	10	1e-6	4e-4
9	0.75	8.43	5.8075	9.75	0.596	15	2	2e-6	1e-4
10	0.25	3.455	2.6	39.2	2.52	57.72	5	1e-4	5e-3

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования «Ижевский государственный технический университет имени М.Т.

Калашникова» (ФГБОУ ВПО «ИжГТУ имени М.Т. Калашникова»)

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине «Теория электрических цепей»

Выполнил:

студент гр. Б03-281(2)-1

____________

Проверил преподаватель: М.М. Павлова

Ижевск 2012