Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Ф. 4.1.2.
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального
образования
Кафедра Теоретических основ электротехники
|
% / нед |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
100 |
||||||||||
|
90 |
||||||||||
|
80 |
||||||||||
|
70 |
||||||||||
|
60 |
||||||||||
|
50 |
||||||||||
|
40 |
||||||||||
|
30 |
||||||||||
|
20 |
||||||||||
|
10 |
четырехполюсники и управляемые источники
Пояснительная записка
к курсовой работе по дисциплине Электротехника
12081.309524.000 ПЗ
(обозначение документа)
|
Группа 309-Д |
Фамилия И.О. |
Подпись |
Дата |
Оценка |
|
Студент |
Чернов П.В. |
|||
|
Консультант |
Гусаров А.В. |
|||
|
Принял |
Гусаров А.В. |
Стерлитамак 2008 г.
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального
образования
«Уфимский государственный авиационный технический
университет»
Кафедра __________________________________
ЗАДАНИЕ
на курсовую работу по дисциплине ______________________________________
Студент Чернов П.В. Группа ___МХС-309д___
Консультант ___ Гусаров А.В.___
1. Тема курсовой работы
_«Методы расчета электрических цепей содержащих четырехполюсники и управляемые источники»_______________________________________________
2. Основное содержание: ______________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
3. Требования к оформлению
3.1. Пояснительная записка должна быть оформлена в редакторе Microsoft Word в соответствии с требованиями _________________________________________
3.2. В пояснительной записке должны содержаться следующие разделы:
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________
3.3. Графическая часть должна содержать: _______________________________
________________________________________________________________________________________________________________________________________
4. Литература: _______________________________________________________
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Дата выдачи _4.10.08______ Дата окончания _____________
Руководитель ___________________
|
Содержание
четырехполюсника ......................................................................................8
четырехполюсника ......................................................................................9
напряжений входного и выходного сигналов в зависимости от времени...13
|
|||||||||
|
12081.309524.000 ПЗ |
|||||||||
Изм |
Лист |
№ докум. |
Подп |
Дата |
|||||
|
Разраб. |
Чернов П.В. |
Методы расчета электрических цепей, содержащихчетырехполюсники и управляемые источники |
Лит. |
Лист |
Листов |
||||
|
Пров. |
Гусаров А.В. |
1 |
20 |
||||||
|
Т. контр. |
УГАТУ МХС-309 |
||||||||
|
Н. контр. |
|||||||||
|
Утв. |
З А Д А Н И Е
1.2. Записать выражения для А-параметров пассивного четырехполюсника в функции частоты. Рассчитать эти параметры при частоте f=50 Гц. Проверить принцип взаимности.
1.3. Рассчитать А-параметры усилителя, используя линейную схему замещения с зависимыми источниками.
1.4. Рассчитать А-параметры каскадного соединения пассивного и активного четырехполюсника.
1.5. Определить входное сопротивление Rвх.А усилителя, нагруженного на резистор Rн. Расчет выполнить через А-параметры усилителя.
1.6. Найти коэффициент передачи по напряжению КП пассивного четырехполюсника, нагруженного на сопротивлении R вх.А .
1.7. Найти коэффициент передачи по напряжению КА активного четырехполюсника, нагруженного на сопротивление RH .
1.8. Найти коэффициент передачи по напряжению К каскадного соединения четырехполюсников двумя способами:
а) по А-параметрам каскадного соединения четырехполюсников с активной нагрузкой;
б) по коэффициентам передачи КП и КА четырехполюсников.
2. Расчет комплексных частотных характеристик
2.1. Рассчитать комплексную частотную характеристику (КЧХ) по напряжению для пассивного четырехполюсника, нагруженного на сопротивление Rвх.А .
2.2. Рассчитать КЧХ по напряжению каскадного соединения пассивного и активного четырехполюсников .
2.3. Построить частотные характеристики АЧХ K() и ФЧХ () в одной системе координат. Сделать вывод о фильтрующих свойствах цепи, приняв за полосу прозрачности диапазон частот в котором , где Кmax- максимальное значение модуля коэффициента передачи напряжения цепи
3. Анализ цепи в переходном режиме
3.1. Составить схему для расчета переходного процесса, возникающего при подключении синусоидального источника ЭДС
к R-C цепи, нагруженной на сопротивление Rвх.А . Переходной процесс рассчитать на частоте = 314 с-1. Найти напряжение uвых(t) на резисторе Rн в переходном режиме. Построить на одном графике напряжение входного и выходного сигналов в зависимости от времени.
3.2. Провести расчет частотных характеристик и переходного процесса в исследуемой электрической цепи с применением пакета Electronics Workbench 5.12. (EWB)
1.1. Построение Схем пассивного четырехполюсника, активного четырехполюсника и их каскадного соединения
В работе исследуется установившейся и переходный
режимы в электрической цепи, приведенной на рисунке 1:
Рисунок 1. Схема каскадного соединения четырехполюсников
В соответствии с вариантом задания построим схему пассивного четырехполюсника (рисунок 2):
Рисунок 2. Схема пассивного четырехполюсника
В соответствии с вариантом задания построим схему активного четырехполюсника (рисунок 3):
Рисунок 3. Схема активного четырехполюсника
четырехполюсника
Так как пассивный четырехполюсник Т-образный, то его А-параметры имеют вид:
.
(1)
Рассчитываем А-параметры по формулам (1) :
Проверяем принцип взаимности для пассивного четырехполюсника:
Следовательно, принцип взаимности соблюдается.
Рассчитываем А-параметры усилителя, используя линейную схему замещения с зависимыми источниками.
Формализованные схемы замещения транзисторов основаны на его представлении в виде четырехполюсника, который может быть охарактеризован одной из шести систем уравнений, связывающих между собой входные и выходные токи и напряжение. Широко используется система h-параметров, так как эти параметры легко измерить и определить по ВАХ транзистора :
Усилитель B содержит кроме транзистора дополнительное сопротивление Rb , и, соответственно, схема замещения примет вид :
Рисунок 4. Эквивалентная схема замещения параллельного соединения транзистора и одноэлементного четырехполюсника с сопротивлением Rb
Для усилителя В транзисторы заданы параметрами :
n=7 – номер варианта;
h11=103 Ом ; h12=10-4 ;
h21=5(n+10)=5(7+10)=85 ; h22=10-4 См ,
а сопротивление Rb=100*n=700 кОм .
Для схемы по рисунку 4 составим систему уравнений по второму закону Кирхгофа:
Основная система уравнений для четырехполюсника через А-параметры имеет вид:
Из полученных систем уравнений выразим А-параметры для усилителя:
Δ = h11 ·h22 - h12 ·h21=103·10-4-10-4·85=0,0915
пассивного и активного четырехполюсника
При каскадном соединении выполняются (рисунок 1):
, ,
, , .
Уравнения четырехполюсников в матричной форме для каскадного соединения:
Определяем входное сопротивление Rвх.А усилителя, нагруженного на резистор Rн. Расчет выполняем через А-параметры усилителя.
.
напряжению КП пассивного четырехполюсника
Вычисляем коэффициент передачи по напряжению KП пассивного четырехполюсника, нагруженного на сопротивление Rвх.А.
Для пассивного нагруженного четырехполюсника коэффициент передачи напряжении вычисляется по формуле:
Выразим через А-параметры пассивного четырехполюсника:
напряжению КА активного
четырехполюсника
Вычисляем коэффициент передачи по напряжению КА активного четырехполюсника (усилителя), нагруженного на сопротивление Rн.
Для активного нагруженного четырехполюсника коэффициент передачи по напряжению вычисляется по формуле:
напряжению К каскадного соединения
четырехполюсников
Вычисляем коэффициент передачи по напряжению К каскадного соединения четырехполюсников двумя способами.
При каскадном соединении пассивного четырехполюсника и усилителя коэффициент передачи вычисляется по формуле:
или другим способом по формуле:
2.1. Расчет комплексной частотной характеристики (КЧХ) по напряжению для пассивного четырехполюсника
;
,
где ;
;
2.2. Расчет КЧХ по напряжению каскадного соединения
пассивного и активного четырехполюсников
2.3. ПостроЕНИЕ частотныХ характеристик АЧХ K() и ФЧХ ()
Рассчитываем комплексную частотную характеристику (КЧХ) по напряжению, все результаты сведем в таблицу : Таблица 1
|
f, Гц |
, с-1 |
KП() |
K() |
() |
|
0 |
0 |
0,01726 |
-3,166549 |
0 |
|
50 |
314 |
0,01331 |
2,441875 |
-16,448608 |
|
100 |
628 |
0,01229 |
2,254744 |
23,531295 |
|
200 |
1256 |
0,010462 |
1,919376 |
37,932341 |
|
400 |
2512 |
0,007301 |
1,339454 |
56,501339 |
|
800 |
5024 |
0,004183 |
0,76742 |
71,551406 |
|
1600 |
10048 |
0,002179 |
–0,399763 |
80,511442 |
Рисунок 5. Амплитудно-частотная характеристика
Рисунок 6. Фазо-частотная характеристика
Полоса прозрачности определяется неравенством , где – максимальное значение модуля коэффициента передачи напряжения цепи. По таблице 1 , тогда КП>0,012205. Из АЧХ видно, что полоса пропускания начинается при частоте ω=0 с-1, при дальнейшем её увеличении коэффициент передачи уменьшается и достигает граничного значения КП=0,012205 при частоте ω=650 с-1. Значит, фильтрующие свойства цепи соответствуют фильтру низких частот.
Переходный процесс, возникающий при подключении каскадного соединения пассивного четырехполюсника и усилителя к синусоидальному источнику напряжения с частотой Гц, рассчитывается по схеме, представленной на рисунке 7.
Рисунок 7. Схема для расчета переходного процесса, возникающего при подключении синусоидального источника ЭДС
После коммутации получается двухконтурная цепь второго порядка с нулевыми независимыми условиями для напряжения на емкости. Поскольку коэффициент передачи усилителя не зависит от частоты, необходимо заменить усилитель с нагрузкой входным сопротивлением усилителя , как показано на рисунке 8.
Рисунок 8.Схема пассивного четырехполюсника для расчета переходного процесса
При определении входного напряжения усилителя с нагрузкой классическим методом:
.
Принужденную составляющую напряжения рассчитаем с помощью коэффициента передачи .
B
Свободную составляющую определим классическим методом.
где р1,р2 корни характеристического уравнения;
А1,А2 постоянные интегрирования.
Методом входного сопротивления определим корни характеристического уравнения для схемы на рисунке 9.
Рисунок 9. Схема для определения входного сопротивления пассивного четырехполюсника
После подстановки соответствующих значений и преобразований получим в числителе:
Приравняв , определим корень характеристического уравнения:
= 0,
Решая квадратное уравнение, получим:
;
(2)
Вычислим постоянные интегрирования А1 и А2 из зависимого начального
условия uA(0).
Запишем уравнение (2) при t = 0:
(3)
Для определения зависимого начального условия uA(0) рассмотрим схему по рисунку 8 в момент коммутации (t = 0) и составим систему уравнений по законам Кирхгофа:
Перепишем данную систему для момента времени t=0:
(4)
Для данной системы независимые начальные условия – нулевые, т.е.
uC1(0)=uC2(0)=0. Таким образом, получаем, что i7(0)=i4(0)=0, а, значит, и i2(0)=i5(0)=0 из второго и четвертого уравнений системы. Следовательно,
uA(0)=i2(0)RвхА=0.
Зависимые начальные условия, а именно duA(t)/dt в момент времени t=0+ определим, продифференцировав систему уравнений (4):
Находим из системы ==, где
и из свойств емкостного элемента.
i5(0)=0, значит , i6(0)=e(0)/R0 из системы (4)
Получаем ==мВ/c (5)
Для определения постоянных интегрирования А1 и А2 составим и решим систему уравнений:
После подстановки численных значений получим:
Выполнив соответствующие преобразования, получим систему уравнений:
,
откуда А1=-0,066211 мВ ; А2=-4,1 мВ.
Входное напряжение усилителя с нагрузкой по классическому методу примет вид :
Построим графики зависимости напряжения входного и выходного сигналов от времени:
Время переходного процесса:
мс.
Зависимость первой свободной составляющей от времени:
Зависимость первой свободной составляющей от времени:
Рисунок 10. График зависимости свободной составляющей uВЫХ.СВ.1 (t)
Рисунок 11. График зависимости свободной составляющей uВЫХ.СВ.2 (t)
Рисунок 12. График зависимости составляющих переходного процесса
(график Uсв.1 выполнен в 20ти кратном масштабе)
Мы исследовали установившийся режим в электрической цепи с гармоническим источником ЭДС при наличии четырехполюсника, в ходе которой были рассчитаны: А-параметры пассивного четырехполюсника при частоте f=50 Гц, А-параметры усилителя В и его входное сопротивление Rвх.А, А-параметры каскадного соединения пассивного и активного четырехполюсника и комплексные частотные характеристики.
По рассчитанной комплексной частотной характеристике напряжения каскадного соединения пассивного и активного четырехполюсников, построили амплитудно-частотную и фазо-частотную характеристику, где относительно условия диапазона полосы прозрачности определили, что данная электрическая цепь обладает свойствами фильтра низких частот.
Далее мы исследовали цепь в переходном режиме. Его расчет позволяет анализировать прохождение сигнала по заданной цепи при подключении её к источнику гармонического напряжения. Напряжения на входном и выходном сигналах изменяются периодически, можно определить их амплитудные значения и значения свободных составляющих переходного процесса. Переходный процесс завершается за 25,03 мс