Расчет и моделирование цепи при гармонических воздействиях

Цель работы - изучить гармонические токи и напряжения в линейной цепи и методы их расчета.

1. В программе MicroCAP проведите схемотехническое моделирование цепи из предыдущей лабораторной работы №3 при использованных в ней параметрах элементов на частоте 40 кГц. Пример модели приведен на рис. 19.

Задайте установленные в лабораторной работы №3 амплитуду и частоту источника гармонического сигнала. Определите ток и напряжения на элементах цепи, результаты занесите в табл. 9. Опишите в

Рис. 19. отчете ход моделирования.

Таблица 9

По результатам моделирования вычислите общее напряжение U_ВЫЧ, сравните его с U. При заданном общем напряжении вычислите ток и напряжения U_R, U_L, U_C, результаты внесите в табл. 9.

В табл. 9 запишите результаты измерений, полученные в ходе лабораторной работы №3, проведите их сравнительный анализ.

2. Повторите исследования по пункту 1 в программе WorkBench, определяя ток и напряжения с помощью моделей измерительных приборов. Заполните таблицу, аналогичную табл. 9. Сравните результаты. Какие значения гармонических сигналов определяются по временным диаграммам и с помощью измерительных приборов, чем они отличаются?

Опишите модель и ее результаты.

3. В программе MicroCAP в режиме AC Analysis исследуйте амплитудные и фазовые соотношения для цепи на рис. 19 в диапазоне частот от 10 кГц до 100 кГц.

Рассмотрите амплитудночастотные (АЧХ) и фазочастотные (ФЧХ) характеристики для тока и каждого из напряжений U_R, U_L, U_C в цепи. Приведите их в отчете, объясните вид полученных зависимостей, сравните с ними экспериментальные результаты на частоте 40 кГц.

4. В программе MicroCAP в режиме AC Analysis проанализируйте зависимость от частоты мощности P, потребляемой цепью от источника в режиме AC Analysis,

где I_m и U_m - амплитуды тока и напряжения цепи, а j - сдвиг фаз между ними. Учтите, что начальная фаза напряжения источника принята равной нулю и функция ph(i) возвращает начальную фазу тока i(t) в градусах, а функция cos(x) требует значения аргумента x в радианах. Приведите в отчете полученные графики, дайте физическое и математическое объяснение результатов моделирования, рассмотрите влияние изменения параметров элементов.

5. В программе WorkBench проведите схемотехническое моделирование параллельного соединения тех же элементов, что и в цепи на рис. 19, но с источником тока . Пример показан на рис. 20.

Рис. 20.

Внесите в табл. 10 значения общего тока , токов в сопротивлении , индуктивности , емкости и общего напряжения . По значениям , и вычислите общий ток , занесите его в табл. 10, сделайте выводы.

Таблица 10

При выбранном общем токе рассчитайте токи , , и общее напряжение , запишите результаты в табл. 10, сделайте выводы.

6. В программе WorkBench рассмотрите временные диаграммы токов и напряжения, определите сдвиги фаз между ними, запишите полученные результаты, сделайте выводы.