Задание 2 Моделирование электрической цепи

2.1. Моделирование цепи. Измерение действующих значений напряжений (токов)

Соберите заданную электрическую цепь на экране компьютера. Подключите к ней источник гармонического напряжения с заданными параметрами и вольтметры (амперметры). При этом обратите внимание на следующие три обстоятельства.

1). Для подключения генератора гармонического сигнала с указанной в задании амплитудой U_m следует ввести параметр “Амплитуда” в EWB равный U_m2^-1/2. В EWB под термином “Амплитуда” понимается действующее значение напряжения.

2). Для получения сигнала с заданной фазой U_mcos(t + ) следует ввести параметр “фаза” равный 90 –  + (360). Значение 360 прибавляется в том случае, если величина 90 –  оказывается отрицательной.

3). Вольтметры (амперметры) необходимо поставить в режим измерения переменного напряжения (тока) режим - “AC”.

Запишите показания вольтметров (амперметров) и сравните их со значениями, рассчитанными в п. 1.2.

2.2. Измерение комплексных амплитуд напряжений (комплексных амплитуд токов). Проверка закона Кирхгофа в комплексной форме

Измерьте комплексные амплитуды напряжений U_m, U_m1 и U_m2 (комплексные амплитуды токов I_m, I_m1 и I_m2). Для этого рекомендуется создать подцепь, предназначенную для измерения комплексных амплитуд напряжений. Для создания такой подцепи следует на экране компьютера создать схему, изображённую на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Подцепь для измерения комплексной амплитуды гармонического напряжения

Объясним вкратце принцип работы этой схемы.

Гармоническое напряжение U_mcos(t + ), комплексную амплитуду которого необходимо измерить, через повторитель (усилитель с коэффициентом усиления 1) поступает на два умножителя. На второй вход верхнего умножителя подаётся сигнал 2cost ( в EWB “фаза” равна 90 , “амплитуда” равна 2^1/2  1.414). На второй вход нижнего умножителя подаётся сигнал 2sint ( в EWB “фаза” равна 0 , “амплитуда” равна 2^1/2  1.414). ВНИМАНИЕ. Частоты генераторов f = /2 обязательно должны равняться частоте измеряемого гармонического напряжения.

На выходах умножителей появляются сигналы.

Постоянные составляющие этих сигналов равны действительной и мнимой частям комплексной амплитуды входного гармонического напряжения.

Постоянные составляющие напряжений на выходах умножителей измеряются вольтметрами. ВНИМАНИЕ. Вольтметры в схеме на рис. 2.1 должны работать в режиме измерения постоянного напряжения (“DC”). Перед измерением напряжений вольтметрами сигналы с выходов умножителей подаются на RC – цепи для уменьшения влияния переменных составляющих. Постоянные RC – цепей рекомендуется брать равными периоду гармонического сигнала (RC = 1/f). С выходов RC – цепей на вольтметры сигналы поступают через повторители.

Для создания подцепи следует выделить собранную на экране цепь (рис. 2.1). При этом не выделяются входные зажимы (две левые точки на рис. 2.1) и вольтметры. После этого в опции “Circuit” следует выбрать “Create Subcircuit”. Затем в появившемся окне следует ввести имя подцепи, например “Vcomp”. После этого подцепь может вставляться в схему как обычный элемент. Находится подцепь в разделе “Favorites”.

При измерениях входные зажимы подцепи “Vcomp” подключаются к тем точкам схемы, комплексную амплитуду напряжения между которыми необходимо измерить. Верхний входной конец подключается к началу стрелки (хвосту стрелки), указывающей выбранное направление напряжения. Нижний входной зажим подключается к концу стрелки (к острию). К выходным зажимам подцепи “Vcomp” подключаются два вольтметра в режиме “DC”. Верхний вольтметр измеряет действительную часть ReU_m комплексной амплитуды входного гармонического напряжения, нижний вольтметр – мнимую часть ImU_m. То есть, комплексная амплитуда измеряемого напряжения равна

Для измерения комплексной амплитуды тока, ток преобразуется в напряжение с помощью источника напряжения, управляемого током.

Подключите три подсхемы “Vcomp” вместо вольтметров и измерьте комплексные амплитуды напряжений U_m, U_m1 и U_m2 (комплексные амплитуды токов I_m, I_m1 и I_m2). Сравните результаты измерений с результатами расчётов в п. 1.2. Убедитесь по результатам измерений в справедливости второго (первого) закона Кирхгофа в комплексной форме.