Контрольная и Лабораторные работы №№1-3 по дисциплине: Теория электрических цепей. Вариант №2

1. Задача 1
1.1. Задание
Задача посвящена анализу переходного процесса в цепи первого порядка, содержащей резисторы, конденсатор или индуктивность. В момент времени t=0 происходит переключение ключа K, в результате чего в цепи возникает переходной процесс.
1. Перерисуйте схему цепи (рисунок 1.1) для вашего варианта — последним двум цифрам пароля (таблица 1.1).
2. Выпишите числовые данные для Вашего варианта – последним двум цифрам пароля (таблица 1.2).
3. Рассчитайте все токи и напряжение на C или L в три момента времени t: 0_-,0_+,∞.
4. Рассчитайте классическим методом переходный процесс в виде u_L (t),i_1 (t),i_2 (t),i_3 (t) в схемах 1–5, i_1 (t),i_2 (t),i_3 (t),u_C (t) в схемах 6–10. Проверьте правильность расчетов, выполненных в п. 4, путем сопоставления их с результатами расчетов в п. 3.
5. Постройте графики переходных токов и напряжения, рассчитанных в п. 4. Определите длительность переходного процесса, соответствующую переходу цепи в установившееся состояние с погрешностью 5%.
6. Рассчитайте ток i_2 (t) операторным методом.


Варианты Номер схемы или задания
02 3


Варианты C, нф или L, мГн R_1, кОм R_2, кОм R_3, кОм E, В
От 00 до 09 20 2 2 2 10




2.1. Задание
Задача посвящена временному и частотному (спектральному) методам расчета реакции цепей на сигналы произвольной формы. В качестве такого сигнала используется импульс прямоугольной формы. Электрические схемы цепей содержат емкости C или индуктивности L, а также сопротивления R_1. Для всех вариантов R_2=3R_1.
В схемах, где имеется сопротивление R_3, его величина R_3=0,2R_1. Во всех схемах входным напряжением u_1 (t) является прямоугольный импульс длительностью t_и и амплитудой U_1.
Перерисуйте схему варианта (рисунок 2.1). Выпишите исходные данные варианта (таблица 2.1).

Таблица 2.1
Варианты C, пф или L, мкГн R_1, кОм t_и, нс U_1, В
От 00 до 09 20 1 30 3




Лабораторная работа No 1

«Исследование реактивных двухполюсников»

 Цель работы: Исследование зависимости входного сопротивления реактивного двухполюсника от частоты.

 Подготовка к выполнению работы

При подготовке к работе необходимо изучить теорию реактивных двухполюсников, методы их анализа и синтеза (см. раздел «Теория» параграфы 4.5 и 16.6).

 Теоретическое исследование

  Исследовать работу схемы реактивного двухполюсника, реализованного по 1-й форме Фостера (рисунок 1.1, а).
Задать E = 1 В, R0 = 10 кОм, L1 = L2 = 1 мГн, C1 = 63,536 нФ, С2 = 15,831 нФ, С = (100+Nx5) нФ,
где N- номер варианта (последняя цифра пароля).


Рисунок 1.1 – Схемы реактивных двухполюсников

  Определить частоты резонансов напряжений и токов схемы 2-х полюсника (рис 1.1, а). Для определения резонансных частот необходимо рассчитать нули и полюсы выражения эквивалентного сопротивления схемы Zэкв.(jω).

Таблица 1.1 – Резонансные частоты 2-х полюсников
Вид схемы Резонансы напряжений Резонансы токов
 ωрез. , рад/с  , кГц
ωрез. , рад/с  , кГц

Схема а    
Схема б    
 В диапазоне частот 0,1 мГц – 80 кГц на частотах резонансов и по одной частоте между резонансами рассчитать входное сопротивление Zвх(f) и записать в таблицу 1.2 его значения.

Таблица 1.2 – Частотная характеристика двухполюсника
f, кГц f1 f2 fрез1 f4 fрез2 f6 fрез3 f8 fрез 4 f10 f11
 0          80
Zвх           

 Записать выражение Zэкв.(jω) через резонансные частоты
 Рассчитать параметры элементов обратного двухполюсника (рисунок 1.1, б) по формулам:

〖L^/=C∙R_0^2 L〗_1^/=C_1∙R_0^2 〖 L〗_2^/=C_2∙R_0^2
     
C_1^/=L_1/(R_0^2 ) C_2^/=L_2/(R_0^2 )

 Рассчитать входное сопротивление Zвх.(f) обратного двухполюсника (рисунок 1.1, б) и записать в таблицу, аналогичную таблице 1.2.
 По результатам расчета построить в масштабе и с учетом знака реактивности графики зависимости входного сопротивления исходного и обратного реактивных двухполюсников от частоты и указать на них частоты резонансов напряжений и токов.

 Требования к отчету

Отчет по работе должен содержать:
– цель работы;
 исследуемые схемы с указанием элементов и их величин;
 выражения Zэкв.(jω), записанные через резонансные частоты;
 таблицы 1.1 и 1.2 (для исходного двухполюсника и обратного) рассчитанных величин;
 два графика зависимости Zвх (f) – исходного и обратного двухполюсников, построенные в масштабе и с учетом знака реактивности;
 подробные выводы по работе.



Лабораторная работа No 2

«ИССЛЕДОВАНИЕ АКТИВНЫХ RC-ФИЛЬТРОВ»
Таблица 1.1 — Исходные данные
Вариант А,
дБ  ,
дБ f2,
кГц  f3,
кГц
2 0,5 25 30 79
1. Цель работы: исследование амплитудно-частотных характеристик фильтра нижних частот третьего порядка, реализованного на пассивных и активных RC-звеньях.

2. Подготовка к выполнению лабораторной работы

Изучить по учебной литературе теорию электрических фильтров и методику их синтеза (см. раздел «Теория», глава 17).

 Теоретическое исследование

3.1. Осуществить синтез ARC-фильтра нижних частот в соответствии с исходными данными своего варианта (по последней цифре пароля) (табл. 2.1)

Таблица 2.1 – Исходные данные
Вариант А,
дБ  ,
дБ f2,
кГц  f3,
кГц


2 0,5 25 30 79


– выполнить нормирование:
 
– из таблицы 2.2 выписать нормированные полюсы передаточной функции, считая, что порядок фильтра равен 3:
,
Таблица 2.2 – Нормированные полюсы передаточной функции

A, дБ n = 3
 S1 S2 S3
0,2 –0,814634 –0,407317 + j1,11701 –0,407317 - j1,11701
0,5 –0,626457 –0,313228 + j1,021928 –0,313228 - j1,021928
1,0 –0,494171 –0,247085 + j0,965999 –0,247085 - j0,965999
3,0 –0,29862 –0,14931 + j0,903813 –0,14931 - j0,903813

– для комплексно-сопряженной пары полюсов определить добротность Q и частоту полюса :
   
– сформировать нормированную передаточную функцию фильтра:
   
– осуществить денормирование, подставляя в выражение Н(S)
,
где – граничная частота полосы эффективного пропускания.
Итак, получена передаточная функция фильтра нижних частот в виде произведения двух сомножителей:
  . 
Реализовать полученную (рис. 2.3) в виде каскадного соединения звеньев 1-го и 2-го порядка, используя схемы, изображенные на рис. 2.1 и рис. 2.2, соответственно.

Рисунок 2.1 – Звено первого порядка


Рисунок 2.2 – Звено второго порядка (АRC2)



Рисунок 2.3 – Схема фильтра нижних частот третьего порядка

Для определения элементов звена 1-го порядка составить уравнение:
  . 
Для определения элементов звена 2-го порядка составить систему уравнений:
   
Задаться значением нФ и определить .
3.2. Рассчитать и построить частотные характеристики H(f) и A(f) каждого звена и всего фильтра. Результаты расчета занести в таблицу 2.3

Примечания:
 При выборе частот для расчета включите частоты, соответствующие максимумам и минимумам ослабления в полосе пропускания фильтра Ωmax = 0.5, Ωmin = 0.866, рассчитанные по формулам:

и

 Расчет ослабления производится по формуле
А(f)=20lg(1/H(f) )

Таблица 2.3 – Частотные характеристики фильтра
f, кГц
тип
фильтра 0         
 0 ... 
... 
... 
... 
...
Пасс. звено H(f)          
 A(f), дБ          
АRC
звено H(f)          
 A(f), дБ          
ФНЧ H(f)          
 A(f), дБ          
3.3. По результатам расчета построить графики H(f) и A(f) отдельно для каждого звена и для всего фильтра. На графиках показать полосу пропускания и полосу непропускания фильтра. Сделать вывод о том, удовлетворяют ли полученные характеристики заданным требованиям.

4. Требования к отчету

Отчет должен содержать:
 цель работы;
 расчеты, выполненные в соответствии с п. 3.1;
 схему полученного фильтра и значения ее элементов.
 Графики зависимостей и отдельно для каждого звена и фильтра в целом с указанием полос пропускания и полос непропускания фильтра
 подробные выводы по работе.


Лабораторная работа No 3

«Исследование пассивных амплитудных корректоров»

 Цель работы: исследование частотной характеристики ослабления и структуры пассивного амплитудного корректора.

 Подготовка к выполнению работы

При подготовке к работе изучить теорию амплитудных и фазовых корректоров, методы расчета параметров элементов и частотных характеристик (см. раздел «Теория», глава 18).

 Теоретическое исследование

 Задание 1
Четные варианты (номер варианта – 0, 2, 4, 6, 8 – определяется по последней цифре пароля)
Известна требуемая характеристика ослабления амплитудного корректора Ак(f). Постройте зависимость ослабления цепи, если известно, что Аmax ц.= 13+N×0,2 дБ, где N – номер варианта

Аmax ц.= 13+N×0,2 = 13+2×0,2 = 13,4 дБ


 Задание 2

Четные варианты (номер варианта – 0, 2, 4, 6, 8 – определяется по последней цифре пароля).

Определить максимально возможное ослабление корректора Ак max Качественно построить график ослабления искажающей цепи.

Рассчитать значения R2, C2, L2, если R= 200+ N×10 Ом, где N — номер варианта.
R= 200+ 2×10 = 220 Ом.


В решении необходимо привести условие задания, график, расчеты и пояснения.

 Задание 3

В) Если у вас последняя цифра пароля четная (0,2,4,6,8), то выполняете задание:

Рисунок 3.4 – Схема поперечного плеча корректора

Построить схему амплитудного корректора и ожидаемую характеристику ослабления корректора, если
R2 = 40 Ом, L2 = 2 мГн, L4 = 4 мГн, С2 = 50 нФ, С4 = 100 нФ, L6 = 6 мГн.

Рассчитать значения параметров элементов в продольном плече корректора, если R= 200+ N×10 Ом, где N –номер варианта.

В решении нужно привести условие задания, схему корректора, характеристику ослабления, расчеты параметров элементов корректора и пояснения.


 Требования к отчету

Отчет должен содержать:
  решения трех заданий (индивидуальные требования к оформлению решения каждого задания приведены в их описании).
 подробные выводы по работе.

Оценка: Зачет
Дата оценки: 02.12.2021

Помогу с вашим вариантом, другой работой, дисциплиной или онлайн-тестом.
E-mail: sneroy20@gmail.com
E-mail: ego178@mail.ru