Методика проведения работы

Лабораторная работа №7

Переходные процессы в цепях первого порядка

Цель работы: используя пакет прикладных программ SWDCad, исследовать переходные процессы в цепях первого порядка. Исследовать реакцию цепи на сложное входное воздействие с использованием метода наложения.

Краткая теория

Переходная характеристика цепи является одной из важнейших характеристик и используется при расчете переходных процессов и реакции цепи на сложное входное воздействие методом интеграла Дюамеля. Переходная характеристика цепи является функцией времени и описывает свойства цепи временным способом.

Переходной характеристикой цепи называется реакция цепи на входное воздействие в виде единичной функции.

Если входное воздействие – единичная ступенчатая функция напряжения 1(t), то переходная характеристика. Пусть входное напряжение представляет собой ступень с амплитудой 5В, тогда выходное напряжение будет равно 5*g(t). При сложном входном воздействии поступают следующим образом: раскладывают его на отдельные единичные ступени, вступающие в действие в разное время, и суммируют реакции от этих ступеней. Чем меньше интервалы времени между соседними ступенями, тем точнее аппроксимируется заданный сигнал, и при бесконечно малом приращении времени между ступенями сумма реакций может быть заменена интегралом. Отношение приращения функции между соседними ступенями к бесконечно малому приращению времени между ступенями есть производная функции входного сигнала. Поэтому окончательное выражение для определения реакции цепи на сложное воздействие называют интегралом Дюамеля:

скачок напряжения в момент времени t=0.

Переходная характеристика цепи определяется классическим или операторным методом.

Методика проведения работы

1. получить у преподавателя номер варианта выполняемой работы.

2. создать схему последовательного соединения реактивного и активного элемента. К входу цепи подсоединить генератор качающейся частоты АС 1 рассчитать граничную частоту полосы пропускания и постоянную Времени цепи. Снять АЧХ цепи.

3. Снять переходные характеристики цепи. Напряжение на выходе цепи задать DC 1, т.е. подать постоянное напряжение, величиной 1В. (Поскольку напряжение на вход будет подаваться в момент времени t=0, а до этого времени сигнал на входе отсутствовал, то с учетом начальных условий мы будем иметь входное напряжение в виде единичной функции напряжения).

4. Выбрать в главном меню пункт RUN. Появляется запрос на вид анализа созданной электрической схемы. Поскольку нас интересует зависимость выходного сигнала от времени, поэтому в окне диалога на запрос вида анализа надо указать: Non-linear transient analysis и далее в директиве .TRAN записать время анализа и дать подтверждение – Ok:

.TRAN <величина интервал анализа(сек)> <UIC> Пример: (.TRAN 0.05 UIC)

Величина интервала анализа приводится в секундах и не должна быть меньше, чем длительность переходной характеристики – 5.

Опция <UIC> -говорит о том, что при расчете переходной характеристики учитываются начальные в тетрадь.

5. График переходной характеристики цепи (напряжение на выходном сопротивлении) зарисовать в тетрадь.

6. Заменить напряжение источника напряжения на pulse(0 1 0 1e-12 1e-12 100 105). В приведенном примере смысл параметров следующий:

• Начальное значение импульсного сигнала – 0В,
• Максимальное значение – 1В,
• Начало переднего фронта импульса -0
• Длительность переднего фронта импульса – 1е-12,
• Длительного заднего фронта импульса – 1е-12,
• Длительность плоской части импульса – 100 сек,
• Период повторния -105 сек.

7. Произвести копирование схемы в 4 экземплярах. Откорректировать данные трех источников напряжения в соответствии с заданным:

• Pulse (0 2 3e-4 1e-12 1e-12 100 105)
• Pulse (0 -5 5e-4 1e-12 1e-12 100 105)
• Pulse (0 7 10e-4 1e-3 1e-12 100 105). Изменить время анализа на 25е-4.

8. Зарисовать графики на входе цепи для всех четырех вариантов схем на одной оси времени. На этой же оси зарисовать суммарное воздействие, которое получается после введения выражения алгебраической суммы в окне диалога.

9. Повторить пункт 8 для выходных напряжений- каждого из воздействий и суммарного воздействия.

10. Произвести копирование еще одного экземпляра схемы. Удалить имеющийся в копии источник напряжения, и выбрать зависимый источник напряжения- пункт BV в меню Компоненты. Величину источника напряжения задать в виде. Здесь …., …..- выходные напряжения с четырех генераторов. Снять графики на выходе генератора В1 и на выходном сопротивлении данной схемы.

11. Убедиться в выполнении принципа наложения для заданной линейной цепи.

12. В одной из электрических схем увеличить сопротивление в 10 раз, а в остальных – вырезать его и заменить скопированным с новым значением.

13. Повторить п.п.8,9 для нового значения сопротивления цепи.

14. Уменьшить сопротивление в 10 раз по отношению к исходному и повторить п.п.8,9

Отчет должен содержать:

1. Ответы на контрольные вопросы.
2. Схему электрической цепи и параметры заданного варианта.
3. Расчет граничной частоты цепи.
4. Расчет постоянной времени цепи.
5. График АЧХ с отмеченной граничной частотой и полосой пропускания.
6. Два графика переходных характеристик на одной оси.
7. По 5 графиков по п.8,9 на одной оси.
8. Два графика по п.10 на одной оси
9. Графики по п.п.12 и 14.
10. Выводы по проделанной работе: как зависят искажения сигнала от формы сигнала и постоянной времени цепи.

Контрольные вопросы

1. Понятие переходных процессов. Коммутация. Первый и второй законы коммутации.

2. Что такое переходная характеристика цепи и как она используется?

3. Расчет переходного процесса в RL цепи классическим методом.

4. Расчет переходного процесса в RC цепи классическим методом

5. Принцип наложения для линейной электрической цепи.