Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Уфимский государственный авиационный технический университет

Кафедра Теоретических основ электротехники

расчёт электрических цепей, содержащих четырёхполюсники и управляемые источники

Пояснительная записка

к курсовой работе по дисциплине Теоретические основы электротехники

4041.238049.000 ПЗ

(обозначение документа)

Уфа 2008 г.

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Уфимский государственный авиационный технический университет»

Кафедра Теоретических основ электротехники

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу по дисциплине «Электротехника и электроника»

1. Тема курсовой работы «Расчёт электрических цепей, содержащих четырёхполюсники и управляемые источники»

2.Основное содержание:

1. Расчет линейной электрической цепи постоянного тока

2. Расчет электрических цепей однофазного синусоидального тока

3. Расчет трехфазных цепей

3. Требования к оформлению

3.1. Пояснительная записка должна быть оформлена в редакторе Microsoft Word в соответствии с требованиями ГОСТ 2.105-95

3.2. В пояснительной записке должны содержаться следующие разделы:

1. Задание к каждой части курсовой работы

2. Схема электрической цепи, сопоставимая рассматриваемой задаче

3. Расчеты с приведением формул, подстановкой числовых значений и размерностей рассчитываемых величин, краткие пояснения к выполняемым расчетам

4. Выводы для каждой из основных тем, рассматриваемых в курсовой работе

3.3. Графическая часть должна содержать: схемы электрических цепей, соответствующие этапам расчета, графики и векторные диаграммы, выполнение которых необходимо по рабочему заданию

4. Литература:

1.Методические указания к курсовой работе по теории электрических цепей/ УГАТУ; Сост. Л.Е. Виноградова, Т.И. Гусейнова, Л.С. Медведева. -Уфа, 1997,-21 с.

2.Касаткин А.С. Основы электротехники. - М.: Энергия, 1976.

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

1. В соответствии с вариантом задания построить схемы пассивного четырехполюсника П, содержащего последовательное (Z) или параллельное (Y) соединение резистора Ri и емкость Ci (i=1,2,3).

2. Записать выражения для А-параметров пассивного четырехполюсника в функции частоты. Рассчитать эти параметры на заданной частоте f. Проверить принцип взаимности.

3. Рассчитать А-параметры усилителя, используя линейную схему замещения с зависимыми источниками.

4. Рассчитать А-параметры каскадного соединения пассивного и активного четырехполюсника.

5. Определить входное сопротивление Rвх.А усилителя, нагруженного на резистор Rн. Расчет выполнить двумя способами:

а) путем вычисления отношения напряжения к току на входе усилителя по схеме замещения;

б) через А-параметры усилителя.

6. Найти коэффициент передачи по напряжению КП пассивного четырехполюсника, нагруженного на сопротивлении R вх.А .

7. Найти коэффициент передачи по напряжению КА активного четырехполюсника, нагруженного на сопротивление RH .

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.

9. Рассчитать комплексную частотную характеристику (КЧХ) по напряжению для пассивного четырехполюсника, нагруженного на сопротивление Rвх.А .

10. Рассчитать КЧХ по напряжению каскадного соединения пассивного и активного четырехполюсников.

11. 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 по напряжению цепи.

12. 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.

13.Найти напряжение uвых(t) на резисторе Rн в переходном режиме. Построить на одном графике напряжение входного и выходного сигналов в зависимости от времени.

Схемы пассивного четырехполюсника, активного четырехполюсника и их каскадного соединения

ИИТ-238

ZAD6-369853-8

Z1; Y2; Z3;

F=50;

R0=8 кОм

R1=1,6 кОм

С1=13 мкФ

R2=1 кОм

C2=0.1 мкФ

R3=бескон.

C3=0 мкФ

RN=2,8 кОм

U=50 мВ

?=20 ГРАД

Усилитель С

В работе исследуется установившейся и переходный режимы в электрической цепи приведенной на рисунке 1:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1 Схема каскадного соединения четырехполюсников

В соответствии с вариантом задания построим схему пассивного четырехполюсника (рис. 2):

Рисунок 2 Схема пассивного четырехполюсника

В соответствии с вариантом задания построим схему активного четырехполюсника (рис. 3):

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 3 Схема активного четырехполюсника

Расчет А-параметров пассивного четырехполюсника

Так как пассивный четырехполюсник П-образный, то его А-параметры имеют вид:

.

, Ом;

, Ом.

(Ом)

(См)

Проверим принцип взаимности:

Принцип взаимности выполняется.

Расчет А-параметров усилителя типа с

Рассчитать А-параметры усилителя, используя линейную схему замещения с зависимыми источниками.

Усилитель типа С представляет собой идеальный ОУ. В схеме операционный усилитель используется как идеальный преобразователь мощности типа ИНУН. Для упрощения расчетов схем с ОУ прибегают к идеализации его параметров:

бесконечно высокий коэффициент усиления ;

бесконечно большое входное сопротивление ;

малое выходное сопротивление .

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 4 Эквивалентная схема замещения операционного усилителя

При анализе усилительных схем на ОУ принимают следующие упрощающие предложения:

входы ОУ не потребляют тока

напряжение между входами ОУ равно нулю

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:

;

;

;

.

Учитывая, что для идеального ОУ (), матрица А-параметров имеет вид:

Сопротивления и , соответственно заданию, рассчитаем по формулам:

, кОм; , кОм.

Таким образом, А-параметры для ОУ равны:

(См)

Расчет А-параметров каскадного соединения пассивного и активного четырехполюсника

При каскадном соединении выполняются (рис. 1):

, ,

, , .

Уравнения четырехполюсников в матричной форме для каскадного соединения:

(Ом)

(См)

Определение входного сопротивления Rвх.А усилителя

а) путём вычисления отношения напряжения к току на входе усилителя:

(Ом)

б) через А-параметры усилителя:

(Ом)

Нахождение коэффициента передачи по напряжению КП пассивного четырехполюсника

Нахождение коэффициент передачи по напряжению КА активного четырехполюсника

Нахождение коэффициент передачи по напряжению К каскадного соединения четырехполюсников

a) по А-параметрам каскадного соединения четырёхполюсников с активной нагрузкой:

b) по коэффициентам передачи КП и КА четырёхполюсников:

Рассчитать комплексную частотную характеристику (КЧХ) по напряжению для пассивного четырехполюсника

и ;

Расчет КЧХ по напряжению каскадного соединения пассивного и активного четырехполюсников

пассивный четырехполюсник усилитель сопротивление

Где: и ;

Построить частотные характеристики АЧХ K() и ФЧХ () в одной системе координат

f, Гц	, с-1	KП()	K()	()
0	0	0,468	-105,408	0
50	314	0,1298	-29,235	6,146
100	628	0,1292	-29,0997	2,826
200	1256	0,1290	-29,0547	0,896
400	2512	0,1290	-29,0547	0,52
800	5024	0,1311	-29,5277	1,88
1600	6280	0,1352	-30,4511	2,73

Рисунок 5 Амплитудно-частотная характеристика (ФВЧ)



Рисунок 6 Фазо-частотная характеристика

Анализ цепи в переходном режиме

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.

Размещено на http://www.allbest.ru/

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 .

Определяем зависимые начальные условия uA(0) и

;

Составим уравнения Кирхгофа

Решим данную систему в момент t=0



Продифференцируем в момент времени t=0

Свободную составляющую определим классическим методом.

где корни характеристического уравнения;

постоянные интегрирования.

Методом входного сопротивления определим корни характеристического уравнения

Находим постоянную интегрирования.

При t=0:

Построим графики зависимости напряжения входного и выходного сигналов от времени:

,В

Рисунок 9 График зависимости свободной составляющей от времени



Рисунок 10 График зависимости входного и выходного сигнала от времени

Список литературы

1. Методические указания к курсовой работе по теории электрических цепей/ УГАТУ; Сост. Л.Е. Виноградова, Т.И. Гусейнова, Л.С. Медведева. -Уфа, 1997,-21 с.

2. Касаткин А.С. Основы электротехники. - М.: Энергия, 1976.

Размещено на Allbest.ru