Файл: Методические указания к лабораторным работам по дисциплине Теория электрических цепей Новосибирск 2021.docx

Министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской ФедерацииФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования«Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики»(СибГУТИ)Ю.С. ЧерныхТеория электрических цепейМетодические указания к лабораторным работам по дисциплине «Теория электрических цепей» Новосибирск2021Ю.С. ЧерныхВ методических указаниях описан цикл лабораторных работ по дисциплине "Теория электрических цепей" для студентов дистанционного обученияКафедра Теории электрических цепей

Общие указания к выполнению лабораторных работ

При подготовке к выполнению лабораторных работ по курсу «Теория электрических цепей» студенты должны изучить соответствующие разделы теоретического курса, выполнить требуемые расчеты (исследования), научиться оценивать достоверность получаемых результатов.Каждый студент представляет отчет по лабораторной работе. В отчет заносятся исходные схемы, требуемые расчеты в соответствии с целью выполнения работы и заданием по вариантам, строятся необходимые графики, заполняются таблицы, обязательно делаются подробные выводы по результатам исследования.Лабораторная работа № 1«Исследование реактивных двухполюсников»

1. 
   Цель работы: Исследование зависимости входного сопротивления реактивного двухполюсника от частоты.
   

2. 
   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).

---

3. 
   Теоретическое исследование
   

1. 
   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

2. 
   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 Z_экв.(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

3. 
   В диапазоне частот 0,1 мГц – 80 кГц на частотах резонансов и по одной частоте между резонансами рассчитать входное сопротивление Z_вх(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

---

4. 
   Записать выражение Z_экв.(jω) через резонансные частоты
   
5. 
   Рассчитать параметры элементов обратного двухполюсника (рисунок 1.1, б) по формулам:
   

6. 
   Рассчитать входное сопротивление Z_вх.(f) обратного двухполюсника (рисунок 1.1, б) и записать в таблицу, аналогичную таблице 1.2.
   
7. 
   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.
   

3. 
   Требования к отчету
   

Отчет по работе должен содержать:– цель работы;

• 
  исследуемые схемы с указанием элементов и их величин;
  
• 
  выражения Z_экв.(jω), записанные через резонансные частоты;
  
• 
  таблицы 1.1 и 1.2 (для исходного двухполюсника и обратного) рассчитанных величин;
  
• 
  два графика зависимости Z_вх (f) – исходного и обратного двухполюсников, построенные в масштабе и с учетом знака реактивности;
  
• 
  подробные выводы по работе.
  

Лабораторная работа № 2«ИССЛЕДОВАНИЕ АКТИВНЫХ RC-ФИЛЬТРОВ»1. Цель работы: исследование амплитудно-частотных характеристик фильтра нижних частот третьего порядка, реализованного на пассивных и активных RC-звеньях.2. Подготовка к выполнению лабораторной работыИзучить по учебной литературе теорию электрических фильтров и методику их синтеза (см. раздел «Теория», глава 17).

3. 
   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
0	3,0	35	20	54
1	1,0	30	25	62,5
2	0,5	25	30	79
3	0,2	20	15	37,5
4	3,0	32	20	50
5	1,0	28	25	65
6	0,5	23	30	81
7	0,2	21	15	42
8	3,0	33	20	53
9	1,0	29	25	68,7

---

– 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 порядкаРисунок 2.2 – Звено второго порядка (АRC2)Рисунок 2.3 – Схема фильтра нижних частот третьего порядкаДля 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 2.3Примечания:

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

и

• 
  Расчет ослабления производится по формуле
  

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

---