Frisk_2
.pdf
Рис. 23
4.2.6 Ввод проводников
Соедините все элементы проводниками. Для этого нажмите на кнопку ввода ортогональных проводников Wire Mode и, удерживая левую кнопку мыши, «прочертите» соединяя необходимые полюсы элементов (рис. 24).
Рис. 24
В случае возникновения проблем загрузите с сайта поддержки учебного процесса
(http://frisk.newmail.ru/) для ознакомления файл L18_1.CIR (File\Open…) (рис. 25).
Рис. 25
60
4.3Исследование А-параметров четырехполюсника
4.3.1Построение зависимости |А11(f)| от частоты
Убедитесь, что введены все элементы правильно.
Для этого в меню Analysis выберите команду запуска частотного анализа AC… (рис. 26).
Рис. 26
На экране появиться окно АС Analysis Limits, в котором задайте параметры построения требуемого графика так, как показано на рис. 27. Установите линейный масштаб по оси «X».
Рис. 27
Frequency Range «8k,2k» — частотный интервал (2 … 8 кГц).
Number of Points «501» — число точек графика (501).
Page — номер страницы «1», на которой будет построен график.
P — номер окна «1», в котором будет построен график.
XExpression «f» — аргументы функции (текущая частота).
YExpression «MAG(V(V1)/V(C1))» — модуль |A11(f)|.
XRange «8k,2k,500» — интервал отображения аргумента по оси Х c шагом 500 Гц.
YRange «Auto» — интервал отображения функции по оси Y.
Запустите построение, нажав кнопку Run.
На экране появиться графики зависимости модуля входного сопротивления от частоты (рис. 28).
61
Рис. 28
Замечание. Так как выбранное в предварительном расчете величина R1 другая, то ваш график будут отличаться от приведённого.
Замечание. Если кривые не появились, то на клавиатуре нажмите клавишу F9 и убедитесь, что все величины для построения графика введены правильно. Нажмите вновь кнопку Run.
Отметьте на оси частот отметьте частоты 3, 5 и 7 кГц. Определите по графику требуемые величины и занесите их в таблицу №1. Данный график с необходимыми построениями поместите в соответствующий раздел отчета.
4.3.2 Построение зависимости фазы ϕA11(f)
Вернитесь к исходной схеме, на клавиатуре нажмите клавишу F3.
Построить график зависимости ϕA11(f)=arg[A11(f)] (PH(V(V1)/V(C1))) от частоты f [2; 8] кГц. Для этого в меню Analysis выберите команду частотного анализа AC… (рис. 26). На экране поя-
виться окно АС Analysis Limits. Для этого нажмите клавишу F9. Добавьте (Add) ещё один график. Задайте параметры построения требуемого графика так, как показано на рис. 29.
Рис. 29
Запустите построение, нажав кнопку Run.
На экране появиться график зависимости фазы A11 от частоты (рис. 30).
62
Рис. 30
Отметьте на оси частот отметьте частоты 3, 5 и 7 кГц. Определите по графику требуемые величины и занесите их в таблицу №1. Данный график с необходимыми построениями поместите в соответствующий раздел отчета.
В случае возникновения проблем загрузите с сайта поддержки учебного процесса
(http://frisk.newmail.ru/) для ознакомления файл L18_1.CIR (File\Open…).
4.3.3 Построение остальных зависимостей от частоты
Аналогичным образом постройте графики зависимости от частоты f [2; 8] кГц:
•|A21(f)| (MAG(I(R1)/V(C1))) и ϕA21(f)=arg[A21(f)] (PH(I(R1)/V(C1)));
•|A12(f)| (MAG(V(V1)/-I(L1))) и ϕA12(f)=arg[A12(f)] (PH(V(V1)/-I(L1)));
•|A22(f)| (MAG(I(R1)/-I(L1)))и ϕA22(f)=arg[A22(f)] (PH(I(R1)/-I(L1))).
Построение модулей и фаз A12 и A22 требует внесения в схему короткого замыкания (рис. 31).
Рис. 31
Определите по полученным графикам требуемые величины и занесите их в таблицу №1. Данные графики с необходимыми построениями поместите в соответствующий раздел отчета.
В случае возникновения проблем загрузите с сайта поддержки учебного процесса
(http://frisk.newmail.ru/) для ознакомления файл L18_2.CIR (File\Open…).
63
5 Обработка результатов машинного эксперимента
Сравнить полученные графики и данные с графиками и данными, полученными в предварительном расчете. Сделать выводы по каждому машинному эксперименту.
6 Вопросы для самопроверки
1.Каковы основные формы записи уравнений пассивного линейного четырёхполюсника?
2.Какие опыты необходимо выполнить для определения А- параметров четырёхполюсника?
3.В каких единицах измеряются А, Z, Y, H-параметры четырёхполюсника?
4.Напишите выражение, с помощью которых рассчитывают входное и выходное сопротивление четырёхполюсника?
5.Что называется прямой передачей? Приведите пример.
7 Содержание отчета
Отчет оформляется в формате MS Word. Шрифт Times New Roman 14, полуторный интервал. Для защиты лабораторной работы отчет должен содержать следующий материал: титульный
лист; цель работы; результаты машинного эксперимента; графики исследуемых зависимостей; выводы. К отчету должны быть приложены в напечатанном виде вопросы для самопроверки и ответы на них.
8Литература
1.Фриск В.В. Основы теории цепей. –М.: РадиоСофт, 2002. — 288 с.
2.Бакалов В.П., Дмитриков В.Ф., Крук Б.И. Основы теории цепей. –М.: Радио и связь, 2003. —
592 с.
64
Лабораторная работа № 19
Исследование на ЭВМ распределения напряжения
вдлинных линиях
1Цель работы
Спомощью машинного эксперимента исследовать распределение напряжений вдоль однородной длинной линии передачи при различных значениях сопротивлений нагрузки. Получить практические навыки в проведении машинных экспериментов и обработки их результатов.
2 Задание для самостоятельной подготовки
Изучить основные положения теории цепей о резонансе напряжений стр. 218–244 [1], стр. 326– 352 [2] и стр. 175–183 [3]. Выполнить предварительный расчет, письменно ответить на вопросы для самопроверки.
3 Предварительный расчет
3.1 Длина линии без потерь равна l=160 м, погонная емкость C0=100 пФ /м, погонная индуктивность L0= 0,25 мкГн (рис. 1). Рассчитать:
•волновое сопротивление ZB;
•фазовую скорость VФ;
•время запаздывания tз;
•частоту генератора f, при которой на линии укладывается одна длина волны;
•период колебаний генератора Т.
Рис. 1
Полученные данные записать в таблицу 1.
Увеличьте длину линии до l=400 м. Произведите аналогичный расчет, и полученные данные занесите в таблицу 1.
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
По предварительному расчету |
|
|
Получено экспериментально |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
l, |
L0, |
С0, |
ZB, |
VФ, |
tз, |
f, |
Т, |
tз, |
|
м |
мкГн/м |
пФ/м |
Ом |
м/с |
мкс |
МГц |
мкс |
мкс |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
160 |
0,25 |
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
400 |
0,25 |
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
65
3.2 Рассчитать и построить кривые распределения действующих значений напряжения вдоль линии для режима холостого хода (ХХ) RH=∞. При расчетах принять U2= 1 В, l=160 м, y [0; l]. На полученном графике обозначьте характерные точки (0, λ/4, λ/2, 3λ/4 и λ).
Рассчитать коэффициент бегущей волны (КБВ) и коэффициент отражения ρ. Полученные данные записать в таблицу 2 и таблицу 3.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
По предварительному расчету |
|
Получено экспериментально |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y, |
|U(y)|, В |
|U(y)|, В |
|U(y)|, В |
|
|U(y)|, В |
|U(y)|, В |
|U(y)|, В |
|U(y)|, В |
|U(y)|, В |
м |
(ХХ) |
(КЗ) |
(СН) |
|
(НН) |
(ХХ) |
(КЗ) |
(СН) |
(НН) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
40 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
60 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
70 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
80 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
90 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
110 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
120 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
130 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
140 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
150 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
160 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.3Рассчитать и построить кривые распределения действующих значений напряжения вдоль ли-
нии для режима короткого замыкания (КЗ) RH=0. При расчетах принять I2=1 А, l=160 м, y [0; l]. На полученном графике обозначьте характерные точки (0, λ/4, λ/2, 3λ/4 и λ).
Рассчитать коэффициент бегущей волны (КБВ) и коэффициент отражения ρ. Полученные данные записать в таблицу 2 и таблицу 3.
3.4Рассчитать и построить кривые распределения действующих значений напряжения вдоль ли-
нии для режима согласованной нагрузки (СН) RH=ZB. При расчетах принять U2= 1 В, l=160 м, y [0; l]. На полученном графике обозначьте характерные точки (0, λ/4, λ/2, 3λ/4 и λ).
Рассчитать коэффициент бегущей волны (КБВ) и коэффициент отражения ρ. Полученные данные записать в таблицу 2 и таблицу 3.
66
3.5 Рассчитать и построить кривые распределения действующих значений напряжения вдоль линии для режима несогласованной нагрузки (НН) RH=2ZB. При расчетах принять U2= 1 В, l=160 м y [0; l]. На полученном графике обозначьте характерные точки (0, λ/4, λ/2, 3λ/4 и λ).
Рассчитать коэффициент бегущей волны (КБВ) и коэффициент отражения ρ. Полученные данные записать в таблицу 2 и таблицу 3.
Таблица 3
|
По предварительному расчету |
Получено экспериментально |
||
Режим |
|
|
|
|
КБВ |
ρ |
КБВ |
ρ |
|
|
|
|
|
|
ХХ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
КЗ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
СН |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
НС |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 Порядок выполнения работы
Однородная линия, у которой погонное сопротивление R0 и погонная проводимость G0 равны нулю, называются линией без потерь. В такой линии элементарный отрезок длинной dx содержит только погонную индуктивность L0 и погонную емкость C0 (рис. 2).
Рис. 2
Электромагнитная волна распространяется вдоль такой линии с конечной фазовой скоростью VФ
VФ = |
1 |
. |
|
L0C0 |
|||
|
|
Волновое сопротивление линии ZB равно
ZB = L0 . C0
Если на вход линии подать синусоидальный сигнал, то на выходе будет наблюдаться запаздывание сигнала. Время запаздывания зависит от длины линии l и фазовой скорости VФ распространения волны в линии
tЗ = VlФ .
Период колебаний T и частота f связаны соотношением
T = 1f .
Частота генератора f, при которой на линии укладывается одна длина волны (l=λ) может быть получена из соотношения
f = VλФ = VlФ .
67
Взависимости от сопротивления нагрузки RН в линии имеют место различные режимы работы:
•RH=∞ — режим холостого хода (ХХ);
•RH=0 — режим короткого замыкания (КЗ);
•RH=ZB — режим работы на согласованную нагрузку (СН);
•RH≠ZB — режим работы на несогласованную нагрузку (НН).
Если в линии имеет место режим несогласованной нагрузки, то возникает отраженная волна от нагрузки. Коэффициент отражения от нагрузки равен
ρ = |
RH − ZB |
= |
1 |
− КБВ |
, |
||
|
1 |
+ КБВ |
|||||
|
R |
+ Z |
B |
|
|
||
|
H |
|
|
|
|
|
|
где коэффициент бегущей волны (КБВ)
КБВ = Umin ,
Umax
Umin и Umax — величины напряжения узла и пучности.
В общем случаи, для линии без потерь комплексные значения напряжения и тока на расстоянии y от конца линии определяются из системы
U ( y) = U
I ( y) = I 2
|
|
2π y |
+ |
|
jI 2ZB |
|
2π |
||||
2 |
cos |
λ |
|
|
sin |
λ |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
2π y |
+ j |
|
U |
2 |
|
|
2π y |
|||
cos |
|
|
ZB |
sin |
|
|
|||||
|
|
λ |
|
|
|
|
|
λ |
|
||
.
Из которой можно получить распределение действующих значений напряжений (рис. 3) вдоль линии для различных режимов y [0; l]
U |
2 |
|
cos |
2π y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
λ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Z |
|
|
sin |
|
2π y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
I |
B |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
2 |
|
|
|
|
|
|
|
λ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U ( y) = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
2π y |
|
ZB |
2 |
|
2 |
2π |
||||
U |
2 |
|
|
cos |
|
|
|
|
+ |
|
|
sin |
|
|
|
||||
|
|
|
λ |
RH |
|
λ |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
− ХХ |
|
− КЗ |
|
. |
|
− CH |
y |
− HH |
|
|
|
|
Рис. 3
На этом графике показаны величины напряжения узла Umin и пучности Umax для режима НН.
С помощью ЭВМ получим величину времени запаздывания и распределение напряжений вдоль однородной длинной линии без потерь.
68
4.1 Запуск программы схемотехнического моделирования Micro–Cap
Включить ЭВМ и запустить программу Micro–Cap
C:\MC9DEMO\mc9demo.exe или
ПУСК\Все программы\Micro–Cap Evaluation 9\Micro–Cap Evaluation 9.
В появившемся окне Micro–Cap 9.0.3.0 Evaluation Version (рис. 4) собрать схему c длинной линией (рис. 1).
Рис. 4
4.2 Сборка схемы
Соберем схему состоящую из источника синусоидального напряжения с внутренним сопротивлением, длинной линии и сопротивления нагрузки (рис. 1).
4.2.1 Ввод источника синусоидального напряжения
Ввести источник синусоидального напряжения V1.
Откройте меню Component\Analog Primitives\Waveform Sources и выберите синусоидальный источник Sine Source (рис. 5).
69