А. Н. Семешко
теория электрических цепей
Методические указания к лабораторным работам, часть 1
(Методы анализа, частотные характеристики, переходные процессы)
Хабаровск
УДК 621.372 (075)
Семешко А. Н. Теории электрических цепей. Методы анализа, частотные характеристики, переходные процессы. Методические указания к лабораторным работам, часть 1 – Хабаровск: ХИИК ФГОБУ ВПО «СибГУТИ», 2015 г.
Методические указания предназначены для студентов всех профилей направления подготовки 210700 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи», изучающих теорию электрических цепей, и содержат задания с пояснениями, порядок выполнения лабораторных работ, контрольные вопросы.
Рассмотрено и утверждено Советом ФЗО ХИИК ФГОУ ВПО «СибГУТИ»
Протокол № 6 от ” 11 “ февраля 2015 г.
Общие указания
При изучении дисциплины «Теория электрических цепей» обязательным является лабораторный практикум, основная задача которого заключается в привитии практических навыков сборки и испытания электрических цепей. В процессе выполнения лабораторных работ приобретаются навыки подготовки и проведения эксперимента, обращения с источниками питания, измерительными приборами, осциллографом, навыки измерения электрических величин, обработки экспериментальных данных, вычерчивания временных и векторных диаграмм электрических величин и характеристик цепей.
Лабораторные работы выполняются с преподавателем в часы занятий, определяемые расписанием. При подготовке к выполнению лабораторных работ студенты должны изучить соответствующие разделы теоретического курса, выполнить предварительные расчеты, уметь оценивать достоверность получаемых результатов, их соответствие теоретическим положениям. Контроль за готовностью студентов к выполнению работы осуществляет преподаватель. В случае не знания теоретического материала и отсутствия предварительных расчетов студенты к работе не допускаются. Не допущенные студенты занимаются подготовкой к ней на занятии и, не выполняя работу в срок, попадают в число отстающих.
Лабораторные работы по курсу ”Теория электрических цепей” выполняются в классах на компьютерах, c использованием программы Electronics Workbench (EWB). Особенностью программы является наличие контрольно-измерительных приборов, по внешнему виду и характеристикам приближенных к их промышленным аналогам. Программа легко осваивается и достаточно удобна в работе. В методических указаниях приведена инструкция для пользователей, с которой студенты должны ознакомиться и овладеть приемами виртуального выполнения лабораторных работ.
По каждой выполненной работе студентом составляется отчет. В отчет заносятся исходные схемы, их предварительный расчет и данные экспериментов, заполняются таблицы, строятся графики, делаются выводы. По окончании работы с учетом результатов собеседования с преподавателем студент получает по работе зачет.
Инструкция для пользователей программой Electronics Workbench
Литература
1. [5], стр. 1-141.
Порядок построения и испытания схем
Прежде чем создать чертеж принципиальной схемы средствами программы, необходимо на листе бумаги подготовить ее эскиз с примерным расположением компонентов. Процесс создания схемы начинается с размещения на рабочем поле компонентов из их библиотеки. Библиотека компонентов располагается в вертикальном окне справа от рабочего поля.
Компонент (значок) элемента, необходимый для создания схемы переносится из каталога на рабочее поле программы движением мыши при нажатой кнопке, после чего кнопка отжимается и производится двойной щелчок по значку компонента. В раскрывающемся диалоговом окне устанавливаются требуемые параметры (сопротивление резистора, емкость конденсатора и др.), выбор подтверждается нажатием кнопки Accept. Для изменения параметра компонента необходимо два раза щелкнуть мышью по символу его графического изображения и в раскрывающемся поле этого окна сделать изменения.
После размещения компонентов производится соединение их выводов проводниками. К выводу компонента подводится стрелка, после появления точки, нажимается кнопка, и появляющийся при этом проводник протягивается к выводу другого компонента до появления на нем такой же точки, после чего кнопка мыши отпускается, и соединение готово. При необходимости подключения к этим выводам других проводников в библиотеке выбирается точка (символ соединения) и переносится на ранее установленный проводник. Чтобы точка почернела (предварительно она имеет красный цвет), необходимо щелкнуть мышью по свободному месту рабочего поля. Если точка имеет электрическое соединение с проводником, то она полностью выкрашивается черным цветом. Если на ней виден след от пересекающегося проводника, то электрического соединения нет, и точку необходимо установить заново. Каждая точка рассчитана на соединение четырех проводников со сдвигом 90 градусов.
Для разрыва соединения курсор подводится к одному из выводов компонента и при появлении точки нажимается кнопка, проводник отводится на свободное место рабочего поля и кнопка отпускается, соединение исчезает.
Прокладка соединительных проводников производится автоматически, при этом препятствия-компоненты и другие проводники огибаются по горизонтали или вертикали. Точка соединения может обозначаться цифрами одной или несколькими. Для этого необходимо дважды щелкнуть по точке и в раскрывающемся окне ввести необходимую запись.
Подключение к схеме контрольно-измерительных приборов производится аналогично. При соединении приборов целесообразно проводить цветными проводниками, т. к. их цвет определяет цвет соответствующей осциллограммы. Для изменения цвета проводника двойным щелчком мыши по проводнику вызывается меню Wile Color с шестью цветами, один из которых выбирается щелчком мыши.
Для поворота компонента на 900 (резистора, емкости и т. д.), используется команда Rotate.
Изменение цвета проводника производится в два этапа. Сначала двойным щелчком мыши по проводнику вызывается меню Wile Color с шестью цветами, один из которых выбирается щелчком мыши. Запуск моделирования или остановка выполняются нажатием кнопки, расположенной в правом верхнем углу экрана с помощью мыши.
Аналоговые компоненты
Независимые источники
| Источник постоянного напряжения (DC) (батарея), от mV до kV. |
| Источник переменного напряжения (АС), от mV до kV. На нем устанавливается амплитудное значение, частота, начальная фаза. |
| Источник постоянного тока (DS) от mA до kA. |
| Источник переменного тока (АС) от mA до kA. На нем устанавливается амплитудное значение, частота, начальная фаза. |
Примечание. Если в цепи установлено несколько источников тока, напряжения или токов и напряжений, то установка частоты у одного из них автоматически устанавливает частоту на других АС источниках такой же величины.
Управляемые источники
| Источник тока управляемый током. Коэффициент усиления по току (Н) определяется отношением выходного тока к входному и изменяется в пределах от mA\A до kA\A. |
| Источник напряжения управляемый током. Коэффициент передачи (R) – отношение выходного напряжения по входному току, имеет предел от mОм до kОм. |
| Источник тока управляемый напряжением. Коэффициент передачи (G) – отношение выходного тока к входному напряжению, Измеряется в См и имеет величину от mmhos до kmhos. |
| Источник напряжения управляемый напряжением. Коэффициент усиления (Н) – отношение выходного напряжения ко входному и имеет величину от mV\V до kV\V. |
Пассивные компоненты
| Сопротивление. Его сопротивление R измеряется в пределах от Ом до кОм. |
| Емкость. Ее емкость С, измеряемая в Фарадах, изменяется в пределах от pF до mF. |
| Индуктивность. Ее индуктивность L измеряется в Генри и имеет предел от mH до H. |
| Трансформатор. Он может быть повышающим и понижающим. Связь V1\V2 = n, т. е. определяется отношением напряжений первичной и вторичной обмоток. Для согласного или встречного включения обмотки должны маркироваться контрольными точками. |
| Заземлитель. Не все аналоговые схемы могут быть заземлены. Однако, где есть: трансформатор, управляемый источник, осциллограф, измеритель амплитудно-частотных или фазо-частотных характеристик – должны заземляться. |
Переключатели.
| Ручной переключатель. Может быть открыт или закрыт (вкл/выкл). |
| Переключатель автоматически срабатывающий через заданное время на включение и выключение (время включения Тon и выключения Тoff, c). |
| Переключатель, управляемый напряжением, у которого напряжение включения (Von), напряжение выключения (Voff). Он закрывается, когда напряжение равно или больше Von. Открывается, когда напряжение равно или меньше Voff. |
| Переключатель, управляемый током. Когда ток управления равен Ion, переключатель замыкается, когда ток равен Ioff, переключатель размыкается. |
Измерительные приборы
| Вольтметр. Предназначен для измерения разности потенциалов. Сторона с темной границей – отрицательная клемма. Двойным щелчком мыши выбирается режим работы (DC) – постоянное, или (АС) – переменное напряжение. Таким же образом выставляется его внутреннее сопротивление, которое должно быть много больше, чем сопротивление элемента или ветви. |
| Амперметр. Предназначен для измерения тока, включается последовательно, где измеряется ток. Сторона с более темной границей – отрицательная клемма. Двойным щелчком мыши выбирается режим работы (DC) – постоянное, (АС) – переменное напряжение. Таким же образом выставляется его внутреннее сопротивление, которое должно быть много меньше сопротивления ветви. |