Файл: Контрольная работа По дисциплине Электротехника, электроника и схемотехника (часть 1).docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 25.04.2024
Просмотров: 30
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Федеральное агентство связи
Сибирский Государственный Университет Телекоммуникаций и Информатики
Межрегиональный центр переподготовки специалистов
Контрольная работа
По дисциплине: Электротехника, электроника и схемотехника (часть 1)
Вариант: 24
Выполнил: Степаненко Владислав Константинович
Группа: ПБТ-93
Проверил: Борисов Александр Васильевич
Новосибирск, 2019 г
Задача 3.1
Задача посвящена анализу переходного процесса в цепи первого порядка, содержащей резисторы, конденсатор или индуктивность. В момент времени t = 0 происходит переключение ключа К, в результате чего в цепи возникает переходной процесс.
1. Перерисуйте схему цепи (см. рис. 3.1) для Вашего варианта (таблица 1).
2. Выпишите числовые данные для Вашего варианта (таблица 2).
3. Рассчитайте все токи и напряжение на С или L в три момента
времени t: 0- , 0+ , .
4. Рассчитайте классическим методом переходный процесс в виде
в схемах 
в схемах 6 – 10. Проверьте правильность расчетов, выполненных в п. 4, путем сопоставления их с результатами расчетов в п. 3.
Дано:
R1=2кОм
R2=2кОм
R3=2кОм
Е=10 В
С=20нф
3. Рассчитайте все токи и напряжение на С или L в три момента времени t: 0- ,0+ , .
1.Момент t = 0–. Он соответствует стационарному состоянию цепи до коммутации.
i(0-)=
i2(0-)=
i3(0-)=
2.Момент t = 0+. Это первое мгновение после замыкания ключа.
В соответствие с законом коммутации:
i(0+)= i2(0-)=1,25 мА
Остальные величины находим путем составления и решения системы уравнений по законам Кирхгофа, описывающих электрическое состояние цепи в момент t = 0+ :
Подставим известные значения и, решив систему, получим:
i1(0+)=2.25мА
i3(0+)=1мА
Uc=5.5В
3.Момент t = . Означает новое стационарное состояние цепи после окончания переходного процесса.
I1(
=I2(∞)=E/R1=10/2=5мАI3(
=0АUc(∞)=0В
4. Расчёт переходного процесса классическим методом.
Переходный процесс 1-го порядка описывается уравнением
.4.1. Определение корня характеристического уравнения.
Входное сопротивление в операторной форме
Характеристическое уравнение
4.2. Закон изменения напряжения на ёмкости
5. Графики зависимостей.
Постоянная времени:
.Задача 3.2
Задача посвящена временному и частотному (спектральному) методам расчета реакции цепей на сигналы произвольной формы. В качестве такого сигнала используется импульс прямоугольной формы (видеоимпульс).
Электрические схемы цепей (рис. 3.6) содержат емкости С или индуктивности L, а также сопротивления R. Для всех вариантов. В схемах, где имеется сопротивление, его величина . Во всех схемах входным напряжением является прямоугольный импульс длительностью и амплитудой .
1. Перерисуйте схему Вашего варианта (см. табл. 1 и рис. 3.6). Выпишите исходные данные Вашего варианта (таблица 4).
2. Рассчитайте переходную и импульсную характеристики цепи по напряжению классическим или операторным методами (по выбору).
Рисунок 9. Сигнал на входе цепи
Дано:
L = 30 мкГн
R1= 1 кОм
R2 = 3 кОм
R3=0.2 кОм
tи = 40 нс
U1 = 5 В.
Решение
1. Расчет переходной и импульсной характеристик классическим методом.
1.1. Переходная характеристика цепи рассчитывается, как переходной процесс в виде тока или напряжения, вызванный включением цепи с нулевыми начальными условиями на постоянное напряжение 1 В. В соответствие с этим составляется схема включения (рисунок 10) , на которой E = 1 В. В задаче определяется переходная характеристика g2(t) по напряжению относительно напряжения на R2, поэтому можно записать, что:
Рисунок 10. Схема включения
Составим характеристическое уравнение:
, отсюда 
, тогда Постоянная времени цепи
а) При времени t=0-:
i1(0-)= i2(0-)=i3(0-)=0мА
б) При времени t=0+:
i3(0+)=i3(0-)=0мА;
i1(0+)= i2(0+)=
в) При t=∞:
;
Найдем уравнение для тока i2(t):
, мА
1.2 Импульсная характеристика цепи h(t):
.2. Расчет выходного напряжения U2(t) временным методов.
2.1. Использование интеграла Дюамеля.
Входное напряжение имеет форму прямоугольного импульса (рисунок 9), аналитическая запись которого может быть представлена как
производная
На первом участке:
На втором участке:
2.2. Использование интеграла наложения.
В отличие от интеграла Дюамеля в интеграле наложения не учитываются дополнительными слагаемыми скачки входного напряжения:
Для интервала времени
Для интервала времени
Сравнение результатов расчетов напряжения с использованием интегралов наложения и Дюамеля показывает, что они совпадают между собой.
3. Построение временной диаграммы входного и выходного напряжений.
Результаты расчетов сводятся в таблицу 2.
Таблица 2- Результаты расчетов выходного сигнала
| Время, | 0 | 0,3tи | 0,6tи | tи- | tи+ | tи+τ1 | tи+2τ1 | tи+3τ1 |
| нс | 0 | 9 | 18 | 40 | 40 | 65 | 90 | 115 |
| U1,В | 5 | 5 | 5 | 5 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| U2,В | 3,79 | 2,8845 | 2,25282 | 1,39968 | -1,1304186 | -0,415857764 | -0,152986 | -0,05628 |
Рисунок 11. Временные диаграммы входного и выходного напряжений
4. Расчет комплексной спектральной плотности входного и выходного сигналов.
Для расчета комплексной спектральной плотности непериодического сигнала f(t) произвольной формы используется прямое преобразование Фурье:
Комплексная спектральная плотность выходного сигнала находится по формуле:
КПФ цепи находится как отношение комплексного значения гармонического напряжения на выходе цепи к комплексному значения гармонического напряжения той же частоты, приложенному ко входу цепи:
Комплексная спектральная плотность входного сигнала:
5. Расчет графиков модулей
Для построения графиков полученных функций необходимо выбрать расчетные точки по частоте. Учтем, что спектральная плотность одиночного прямоугольного импульса измеряется в вольт × секундах [B × c] и что она обращается в ноль на частотах 1/tu, 2/tu, 3/tu и т.д. Поэтому дополнительно выбираются промежуточные точки между этими частотами. Максимальная частота в соответствие с заданием равна 3/40 × 10-9 =75 × 106 Гц =75 МГц. Результаты расчетов сводим в таблицу 3.
Таблица 3- спектральная плотность сигнала
| f, МГц | ω, рад/с | U1(ω), В | H(ω) | U2(ω), В |
| 0 | 0 | 0 | 0,000789 | 0 |
| 15 | 94.25*106 | 6,28782E-08 | 7,96E-09 | 5E-16 |
| 33.33 | 209.4*106 | 9E-16 | 3,58E-09 | 3,22E-24 |
| 45 | 282.7*106 | 1,89077E-08 | 2,65E-09 | 5,02E-17 |
| 66.67 | 418.9*106 | 1,90986E-08 | 2,39E-09 | 4,56E-17 |
| 75 | 471.2*106 | 9,35489E-09 | 1,99E-09 | 1,86E-17 |
