Цель работы

1. Изучить возможности и особенности работы с программой MULTISIM.

2. Приобрести навыки создания моделей электрических схем.

3. Приобрести навыки представления результатов моделирования.

4. Исследовать взаимосвязь параметров зарядной цепи и параметров переходных процессов.

5. Приобрести навыки анализа закономерностей физических процессов.

Вопросы исследования

1. Ознакомление с программным пакетом MULTISIM

1.1 Назначение элементов (Рисунок 1)

1 – строка меню, позволяет выбирать команды для всех функций. 2 – панель инструментов, предоставляет доступ ко всем компонентам. 3 – приборная панель, предоставляет доступ к каждому инструменту. 4 – окно редактирования, служит для постройки схемы. 5 – панель разработки, позволяет управлять различными элементами схемы. 6 – поле служебных результатов симуляции.

6

5

4

3

1

2


Рисунок 1 – Окно программы MULTISIM, назначение элементов

1.2 Порядок создания модели

1)Определяем элементы и их количество 2)Добавляем элементы на рабочее поле 3)Соединяем элементы проводниками согласно исследуемой схеме

---

1.3 Формы представления результатов расчётов.

1)Осцилограмма 2)Показания с вольтметра

2. Исследование последовательного и параллельного соединения конденсаторов

2.1 Определения и закономерности

• 
  Электрическая ёмкость – это скалярная величина, характеризующая способность проводника накапливать электрический заряд.
  

где С - ёмкость конденсатора [Ф];

q - заряд [Кл];

φ - потенциал.

• 
  Конденсатор – это устройство, способное накапливать электрический заряд.
  
• 
  Ёмкость конденсатора зависит от расстояния между обкладками, их площади, а также от самого материала диэлектрика
  

где С - ёмкость [Ф];

ε - диэлектрическая проницаемость вещества [?];

ε0 - электрическая постоянная [Ф/м];

S - площадь обкладки [м^2];

d - расстояние между обкладками [м].

• 
  Заряд, накопленный в конденсаторе
  

где q - заряд [Кл];

C - ёмкость [Ф];

U - напряжение между пластинами [В].

• 
  Энергия заряженного конденсатора
  

где W - электрическая энергия [Дж];

q - заряд [Кл];

C - ёмкость [Ф];

U - напряжение между пластинами [В].

Таблица 1 – Закономерности для соединения 2 конденсаторов последовательно и параллельно

	Эквивалентная_Емкость'>Последовательное	Параллельное
Эквивалентная Емкость
Заряд
Напряжение
Эквивалентная Энергия

---

2.2 Схемы исследований

А) Последовательное соединение	Б) Параллельное соединение

Рисунок 2 – Схемы моделирования

2.3 Результаты моделирования

Измерить мультиметрами напряжение на конденсаторах, рассчитать накопленный заряд и энергию в каждом конденсаторе, определить результирующую (эквивалентную) ёмкость параллельно и последовательно соединённых конденсаторов, определить энергию, запасенную в схемах (эквивалентную). Внести результаты в таблицу 2.

С1 = С2 = 10 мкФ

Таблица 2 – Результаты моделирования и расчетов

А) Последовательное соединение				Б) Параллельное соединение
Uc1 =	5 В	Uc2 =	5 В	Uс1 =	10В	Uc2 =	10 В
Расчеты
q1 =	50 мкКл	q2 =	50 мкКл	q1 =	200мкКл	q2 =	200 мкКл
W1 =	125мкДж	W2 =	125мкДж	W1 =	1мДж	W2 =	1мДж
Cэкв = 10*10 / (10+10) = 5 мкФ				Cэкв = 10+10 = 20 мкФ
Wэкв= 5 * 10^(-6)*(5+5)^2 / 2 = 250 мкДж				Wэкв = 20 * 10^(-6) * 10^2 / 2 = 1 мДж

---

Изменить ёмкость одного из конденсаторов в каждой схеме на 5 мкФ.

Вновь запустить режим моделирования и произвести аналогичные измерения и расчёты, результаты внести в таблицу 3.

С1 = 10 мкФ С2 = 5 мкФ

Таблица 3 – Результаты моделирования и расчетов

А) Последовательное соединение				Б) Параллельное соединение
Uc1 =	6,666 В	Uc2 =	3,334 В	Uc1 =	10В	Uc2 =	10 В
Расчеты
q1 =	33,5мкКл	q2 =	33,3мкКл	q1 =	100мкКл	q2 =	50мкКл
W1 =	108,9 мкДж	W2 =	54,5мкДж	W1 =	1мДж	W2 =	0,5мДж
Cэкв = 3,3 мкФ				Cэкв = 15 мкФ
Wэкв = 163,4мкДж				Wэкв = 1,5мДж

2.4 Выводы по второму вопросу

Написать почему у нас изменились напряжения на 6.66В 3.33В

1. При замене последовательного соединения параллельным мы наблюдаем увеличение эквивалентных ёмкости и энергии в цепи.

2. 
   При изменении ёмкости одного из двух конденсаторов в цепи с параллельным соединением конденсаторов значения напряжений на конденсаторах не изменяются, с последовательным соединением - изменяются.
   

3. Моделирование и исследование переходных процессов в цепях с ёмкостью

3.1 Схема исследований



Рисунок 3 – Схема моделирования

3.2 Результаты моделирования

---

Таблица 3 – Результаты измерений и расчетов

№	Параметры цепи		Постоянная цепи заряда
	R	C	Расчёт	По эпюре
1	10 кОм	1 мкФ	10мс	10,038мс
2	5 кОм	1 мкФ	5мс	5,114мс
3	2 кОм	1 мкФ	2мс	1,989мс
4	2 кОм	10 мкФ	20мс	20,076мс
5	1 кОм	10 мкФ	10мс	9,848мс

Анализ постоянных цепи заряда

Осциллограммы заряда и разряда ёмкости

а) Осциллограмма 1	б) Осциллограмма 2

Рисунок 4 – Осциллограммы переходных процессов в цепях с ёмкостью

Методика измерения постоянной цепи по осциллограммам.



Рисунок 5 – Иллюстрация процесса измерения постоянной времени

Чтобы определить постоянную времени для данной RC-цепи по осциллограмме, устанавливаем первый указатель в точку начала заряжания конденсатора на осциллограмме, второй – в точку, соответствующую 63% от амплитуды сигнала. Затем смотрим разницу по времени – это и будет постоянная по времени.

Выводы по третьему вопросу

---

Смотрите также файлы

• Цель занятия Изучить возможности и особенности работы с программой femm приобрести навыки создания геометрической формы модели и присвоения электрических и магнитных свойств её элементам..doc

• Исследование экранирующего влияния металла на магнитное поле. Создание модели с плоским экраном.docx

• Исследование свободных электрических колебаний. Исследование свободных незатухающих колебаний. C 10 нф l 220 Гн.docx

• Исследование вынужденных электрических колебаний. Исследование параметров вынужденных колебаний.docx

• Оружие и системы вооружения.docx