Frisk_1_tom
.pdf
70 |
Глава первая. Описание лабораторных работ по ОТЦ |
|
|
4.4.2 Ввод переключателя
Ввести переключатель S.
Откроите меню Component\Animation и выберите команду Animated SPDT Switch (ðèñ. 23).
Ðèñ. 23
Поместите его рядом с выводами вольтметра. Для переключения контактов достаточно два раза щелкнуть на нем. Щелкните на надписи Switch и замените ее на S.
4.4.3 Ввод проводников
Соедините все элементы проводниками. Для этого нажмите на кнопку ввода ортогональных проводников Wire Mode и, удерживая левую кнопку мыши, «прочертите» соединяя необходимые полюсы элементов (рис. 24).
Ðèñ. 24
Лабораторная работа ¹ 4 |
71 |
|
|
4.5 Измерение потенциалов с помощью вольтметра
4.5.1 Измерение потенциалов
Убедитесь, что введены все элементы правильно.
Измерить потенциал в точке «1» (переключатель S в нижнем положении). и потенциал точке «2» (переключатель S в верхнем положении). Для этого убедитесь, что в меню Analysis выбрана команда Dynamic DC... (ðèñ. 21).
Полученные данные занесите в таблицу 1.
Постройте распределение потенциала вдоль цепи. По этому графику определите напряжение на элементах цепи UE, UR1 è UR2 и занесите их в таблицу 1.
В случае возникновении проблем загрузите с сайта поддержки учебного процесса (http://frisk.newmail.ru/) файл L4_1.CIR (File\Open...) (ðèñ. 25).
Ðèñ. 25
4.6 Измерение тока и потенциалов при изменении полярности батареи
Повторить эксперименты по измерению тока с помощью амперметра и потенциалов с помощью вольтметра при обратном включении батареи V1 (поворот на 180° Flip Y). Остальные элементы и выбранное направление тока оставить неизменными.
Полученные данные занесите в таблицу 2. Постройте распределение потенциала вдоль цепи. Подтвердите полученные данные расчетом.
72 |
|
Глава первая. Описание лабораторных работ по ОТЦ |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Получено экспериментально |
|
Рассчитано по экспериментальным данным |
|||
|
|
I = |
À, |
|
|
I = |
À, |
|
|
UE = |
Â, |
|
|
UE = |
Â, |
|
|
UR1 = |
B, |
|
UR1 = |
B, |
|
|
|
UR2 = |
 |
|
|
UR2 = |
 |
N |
|
|
VN, Â |
|
VN, Â |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
0 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
0 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 Обработка результатов машинного эксперимента
Сравнить полученные графики и данные с графиками и данными, полу- ченными в предварительном расчете. Сделать выводы.
6 Вопросы для самопроверки
1.Покажите способы включения вольтметра и амперметра для измерения. Приведите примеры.
2.Что называется электрическим потенциалом?
3.Сформулируйте обобщенный закон Ома для постоянного тока.
4.Сформулируйте закон Ома для замкнутой цепи.
5.Что называется падением и подъемом напряжения?
7 Содержание отчета
Отчет оформляется в формате MS Word. Шрифт Times New Roman 14, полуторный интервал.
Для защиты лабораторной работы отчет должен содержать следующий материал: титульный лист; цель работы; результаты машинного эксперимента; графики исследуемых зависимостей; выводы. К отчету должны быть приложены в напечатанном виде вопросы для самопроверки и ответы на них.
8Литература
1.Фриск В. В. Основы теории цепей. М.: РадиоСофт, 2002. 288 с.
2.Атабеков Г. И. Основы теории цепей. М.: Энергия, 1969. 424 с.
Лабораторная работа ¹ 5
Исследование входных частотных характеристик в RC-цепи
1 Цель работы
С помощью программы Micro-Cap исследовать входные аплитудно-час- тотные (АЧХ) и фазочастотные (ФЧХ) характеристики RC-цепи. Сравнить АЧХ и ФЧХ, полученные с помощью программы Micro-Cap, с аналогичными характеристиками, полученными расчетным путем.
2 Задание для самостоятельной подготовки
Изучить основные положения ОТЦ о частотных характеристиках электри- ческих цепей стр. 68—75, 84—86 [1] и стр. 112—113 [2]. Выполнить предварительный расчет, письменно ответить на вопросы для самопроверки.
3 Предварительный расчет
3.1. Рассчитать граничную частоту fÃÐ äëÿ RC-öåïè (ðèñ. 1), åñëè R1 = = 100 Îì, à C1 = 219 íÔ.
Ðèñ. 1
3.2. Рассчитать для RC-цепи (рис. 1) отношение f/fÃÐ, значения емкостного сопротивления ХÑ, модули входного сопротивления ZÂÕ, аргумента входного сопротивления ϕ Z, модули тока в цепи I, падения напряжения на резисторе UR и модули напряжения на конденсаторе UC, на частотах f = 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14 кГц, E = 0,9 В. Результаты расчетов занести в таблицу 1.
3.3.Построить в масштабе графики ZÂÕ (f), ϕ Z(f), XC(f), I(f), UR(f) è UÑ(f)
âдиапазоне частот f [2...14] кГц.
Полученные графики занести в соответствующий раздел отчета.
74 |
Глава первая. Описание лабораторных работ по ОТЦ |
|
|
|
|
Таблица 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
По предварительному расчету |
Получено экспериментально |
|
|
|
f, êÃö f/fÃÐ |
XC, Îì ZÂÕ, Îì ϕ Z(f), ãðàä. I, ìÀ UR,  UC,  XC, Îì |
ZÂÕ, Îì ϕ Z(f), ãðàä. I, ìÀ UR,  UC,  |
4
6
8
10
12
14
3.4. Рассчитать для нагруженной RC-цепи (рис. 26) частоту fm при которой фаза ϕ m входного сопротивления имеет минимум. Результаты расчетов занести в таблицу 2.
Таблица 2
Нагруженная RC-цепь |
По предварительному расчету |
ÝÂÌ |
(Ãö) fm =
ϕ m0 =
4 Порядок выполнения работы
Комплексное входное сопротивление находиться косвенным методом, путем деления комплексного входного напряжение UÂÕ на комплексный входной тока I. С помощью программы Micro-Cap рассчитывается модуль и фаза входного сопротивления
|
|
U |
ÂÕ |
|
|
jϕ Z (ω ) |
ϕ j |
Zπ(2 f) |
|
ZÂÕ |
= |
|
|
= Z(ω |
)e |
|
= Z(2pf)e |
|
, |
I |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
ãäå UÂÕ — комплексное входное напряжение;
I = UÂÕ — комплексный входной ток;
ZÂÕ
UR = RI — комплексное напряжение на резисторе;
j= 
−1 — мнимая единица;
ω= 2π f — угловая частота;
f— частота;
| ZBX | = Z(2π f) — модуль комплексного входного сопротивления (АЧХ); arg(ZBX) = ϕ Z(2π f) — аргумент (фаза) комплексного входного сопротивле-
íèÿ (Ô×Õ).
С другой стороны, входное сопротивление это сопротивление со стороны входных зажимов
|
|
|
X C |
|
|
|
− jarctg |
|
|
ZÂÕ = Re(ZÂÕ ) + Im(ZÂÕ ) = R 1 − jXC = |
R 12 + XC2 e |
R1 = |
||
|
|
f |
|
|
2 |
|
|
fãð |
|
|
|
|
|
−arctg |
|
|
|||
= R 1 |
1 + |
|
ãð |
|
|
e |
|
f , |
|
|
f |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Лабораторная работа ¹ 5 |
75 |
|
|
ãäå Re(ZBX) = R1 — резистивное входное сопротивление (рано сопротивлению резистора R1);
Im(ZBX) = –XC — реактивное входное сопротивление; |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
X |
|
= |
1 |
|
— реактивное сопротивление конденсатора С |
; |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
C |
ω C1 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
fÃÐ |
= |
1 |
|
|
|
— граничная частота RC-цепи. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
2π R 1C1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Для нагруженной RC-цепи |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f m = |
1 |
1 + |
R 2 |
|
|
ϕ |
m0 = |
180° |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
, |
arctg |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
2π R 2C1 |
|
|
R 1 |
|
|
π |
|
|
R |
|
|
|
R |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
+ |
1 |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R 2 |
|
|
|
R 2 |
|
|
|
||||
ãäå R2 = 320 Ом — сопротивление нагрузки.
Исследуем входные частотные характеристики RC-цепи (рис. 1).
4.1 Запуск программы схемотехнического моделирования Micro-Cap
Включить ЭВМ и запустить программу Micro-Cap
C:\MC8DEMO\mc8demo.exe
èëè
ПУСК\Все программы\Micro-Cap Evaluation 8\Micro-Cap Evaluation 8.0.
В появившемся окне Micro-Cap 8.1.0.0 Evaluation Version (рис. 2) собрать схему для измерения частотных характеристик (рис. 1).
Ðèñ. 2
76 |
Глава первая. Описание лабораторных работ по ОТЦ |
|
|
4.2 Сборка RC-цепи для измерения входного сопротивления
Собрать схему с источником синусоидального напряжения, резистором и конденсатором (рис. 1).
4.2.1 Ввод источника синусоидального напряжения
Ввести источник V1 синусоидального напряжения (Sin Source) с амплитудой
Um = E 
2 = 0,9 
2 = 1,27 Â (A = 1.27V),
частотой
f = 2 êÃö (F = 2k).
Откройте меню Component\Analog Primitives\Waveform Sources и выберите Sin Source (ðèñ. 3).
Ðèñ. 3
Курсор примет форму графического изображения источника (круг со стрелкой). Поместите его на рабочее окно.
Зафиксируйте это положение, щелкнув левой клавишей мыши. Появиться окно Sin Source. Введите 1 â îêíå Value, A = 1.27, F = 2k. Остальные значе- ния равными нулю (рис. 4).
Убедитесь, что источник правильно работает. Щелкните мышкой на кнопке Plot. Появиться окно Plot с зависимостью напряжения источника от времени (рис. 5).
Закройте это окно, щелкнув на кнопке Закрыть (рис. 5). Нажмите кнопку ÎÊ (ðèñ. 4).
Лабораторная работа ¹ 5 |
77 |
|
|
Ðèñ. 4
Ðèñ. 5
4.2.2 Ввод земли
Откройте меню Component\Analog Primitives\Connectors и выберите землю
Ground (ðèñ. 6).
Установите землю, снизу от источника V1 (ðèñ. 7).
4.2.3 Ввод резистора
Ввести резистор R1 = 100 Ом.
Откроите меню Component\Analog Primitives\Passive Components и выберите команду резистор Resistor (ðèñ. 8).
78 |
Глава первая. Описание лабораторных работ по ОТЦ |
|
|
Ðèñ. 6
Ðèñ. 7
Ðèñ. 8
Лабораторная работа ¹ 5 |
79 |
|
|
Курсор примет форму резистора (прямоугольник с выводами). Поместите его на рабочее окно, возле источника и щелкните левой кнопкой мыши. Появиться окно Resistor. Введите значение сопротивления резистора 100 â îêíå Value (ðèñ. 9).
Ðèñ. 9
Нажмите кнопку OK.
Поверните резистор используйте кнопку Rotate (ðèñ. 10).
Ðèñ. 10
4.2.4 Ввод конденсатора
Ввести конденсатор С1 = 219 нФ (219n).
Откроите меню Component\Analog Primitives\Passive Components и выберите команду резистор Capacitor (ðèñ. 11).
Курсор примет форму прибора (две параллельные линии с двумя выводами). Поместите его на рабочее окно, правее резистора и щелкните левой кнопкой мыши. Появиться окно Capacitor. Введите значение емкости 219n â îêíå Value (ðèñ. 12).