48743

Анализ линейной динамической цепи

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

В данной работе исследуется линейная реактивная цепь, нагруженная на резистор и питаемая от источника ЭДС. С помощью метода узловых напряжений составляется система уравнений цепи в матричной и скалярной форме.

Русский

2013-12-14

372.5 KB

1 чел.

Министерство образования Российской Федерации

Южно-Уральский государственный университет

Кафедра «цифровые радиотехнические системы»

Анализ линейной динамической цепи

Пояснительная записка к курсовому проекту

по курсу ОСНОВЫ ТЕОРИИ ЦЕПЕЙ

210402.2008.314.44.00 ПЗ

         Нормоконтролер                                                            Руководитель                     

             Коровин В.М.                                                             Коровин В.М.

              “____”__________2008г.                                          “____”__________2008г

                                                                                                  Автор проекта

                                                                                                  студент группы ПС-257

                                                                                                  Шалагинов Д.В.

                                                                                                  “____”__________2008г

                                                                                                 Проект защищен

                                                                                                  с оценкой

                                                                                                  “____”__________2008г

Челябинск

2008


Министерство образования Российской федерации

Южно-Уральский государственный университет

Факультет: ПС

Кафедра: ЦРТС

ЗАДАНИЕ

по курсовой работе

студенту группы ПС-257 Шалагинову Дмитрию Валерьевичу                   

1. Тема  работы: «Анализ линейной динамической цепи»                        

2. Срок сдачи работы: ______________________

3. Исходные данные к работе: Вариант №44

Дана линейная цепь, нагруженная на резистор и питаемая ЭДС.

Номинал резистора 1,355 кОм                                                               

Индукторы: L1=3,7343 мГн, L2=1,2392 мГн, L3=0,3124 мГн

Конденсаторы: С1=1,0514 нФ, С2=0,3124 нФ, С3=0,5242 нФ

4. Содержание расчетно-пояснительной записки:

Основная часть пояснительной записки должна содержать таблицу исходных данных, схему цепи, систему уравнений, комплексную функцию передачи, таблицу полюсов и нулей, таблицы АЧХ и ФЧХ, таблицу и аналитическое выражение переходной и импульсной характеристики.

5. Перечень графического материала: карта полюсов и нулей, графики АЧХ и ФЧХ, импульсная и переходная характеристики.

6. Консультанты по работе: Коровин В.М.

7. Дата выдачи задания: 13 февраля 2008г.

 

        Руководитель: Коровин В.М.

                                Задание принял к исполнению: 13.02.2008г.

                 Подпись студента: Шалагинов Д.В.

 

АННОТАЦИЯ

В данной работе исследуется линейная реактивная цепь, нагруженная на резистор и питаемая от источника ЭДС. С помощью метода узловых напряжений составляется система уравнений цепи в матричной и скалярной форме. С помощью метода пропорциональных величин находим комплексную функцию передачи. Строится карта полюсов и нулей функции передачи, логарифмическая АЧХ и ФЧХ, импульсная и передаточная характеристики. Находится крутизна и среза на декаду, время задержки и вид функций импульсной и переходной характеристик.

В ходе выполнения работы были использованы программы:

Micro-Cap 9.0 – для моделирования схемы четырехполюсника;

Mathcad 2001 Professional – для построения графиков импульсной и переходной характеристик;

Advanced Grapher – для построения графиков АЧХ и ФЧХ.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение  4

1 Электрическая схема фильтра  6

1.1  Схема цепи  6

1.2 Система уравнений в обычной и матричной формах  7

2 Определение комплексной функции передачи  9

3 Карта полюсов и нулей 10

4 Графики АЧХ и ФЧХ 11

5 Импульсная и переходная характеристики цепи 12

Заключение 14

Литература 15

Приложение А Графики АЧХ и ФЧХ 16

Приложение Б Импульсная и Переходная характеристики 18

Введение

При выполнении курсовой работы необходимо:

Построить электрическую схему фильтра, составить систему уравнений цепи в обычной и матричной формах, определить комплексную функцию передачи, перейти к операторной функции передачи (ОФП), найти нули и полюса ОФП и построить карту полюсов и нулей, также необходимо построить АЧХ и ФЧХ, импульсную и переходную характеристики, и в заключении курсового проекта необходимо отразить все аспекты выполнения тех или  иных задач, сделать выводы в соответствии с полученными результатами и записать список литературы, которая была использована при выполнении работы.  

1.ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА ФИЛЬТРА

1.1 Схема цепи

Таблица 1 – Исходные данные

№ варианта

44

Продолжение таблицы 1

Ветвь №1

Узлы

Элементы

от

до

кОм

1

0

1

Продолжение таблицы 1

Ветвь №2

Ветвь №3

Узлы

Элементы

Узлы

Элементы

от

до

мГн

нФ

от

до

мГ

нФ

1

2

-

1,0514

2

0

3,7343

0,3124

Продолжение таблицы 1

Ветвь №4

Ветвь №5

Узлы

Элементы

Узлы

Элементы

от

до

мГ

нФ

от

до

мГ

нФ

2

3

0,5242

-

3

0

1,2392

-

Рисунок 1.1 – Схема цепи.

1.2 Система уравнений в обычной и матричной формах

Преобразуем схему и составим уравнения методом узловых напряжений.

Рисунок 1.2 – Преобразованная схема.

Система уравнений в общем виде:

                                                               ,                                                      

где  – матрица узловых проводимостей, См;

    – матрица-столбец напряжений, В;

     – матрица-столбец токов, А.

Запишем уравнения узловых напряжений, приняв узел 0 за базисный, суммируя для каждого из трех независимых узлов проводимости сходящихся в них ветвей и получаем их собственные проводимости, которые располагаются на главной диагонали. Проводимость ветви, связывающий узлы i, k со знаком минус, располагаем на пересечении строки i и столбца k. Получаем, что число независимых узлов 3, тогда уравнение узловых напряжений в матричной форме:

Запишем в алгебраической форме:

2.ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОМПЛЕКСОЙ ФУНКЦИИ ПЕРЕДАЧИ

Найдем функцию передачи с помощью прибор-программы  General Numbers.vi

Рисунок 2.1 – Схема цепи с указанием сил токов и напряжений ветвей.

Применив программу, получили следующие данные

После того, как подставили соответствующие значения в данную формулу, получаем операторную функцию передачи:

3.КАРТА ПОЛЮСОВ И НУЛЕЙ

Найдем нули и полюса операторной функции передачи(ОФП).

Нулями называют корни многочлена числителя ОФП

Полюсами называют корни многочлена знаменателя ОФП

Таблица 2 – Значения нулей функции передачи

Корни

Значение корней

Корень 1

0

Корень 2

0

Корень 3

0.9844i

Корень 4

-0.9844i

Таблица 3 – Значения корней полинома(полюсов функции передачи)

Корни полинома

Значение корней

Корень 1

0.869  0.775i

Корень 2

 0.869 + 0.775i

Корень 3

0.056  0.999i

Корень 4

0.056 + 0.999i

Рисунок 3.1 – Карта полюсов и нулей.

4.ГРАФИКИ АЧХ И ФЧХ

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) – это модуль комплексной функции передачи от мнимой частоты:

, где  получаем после перехода

Формула, по которой строится логарифмическая АЧХ:

Фазово-частотная характеристика (ФЧХ) – это аргумент комплексной функции передачи:

Формула, по которой строится ФЧХ:

,

 

Графики АЧХ и ФЧХ построены и изображены в Приложении А.

По АЧХ определяем крутизну спада в полосе задержания сигнала:

S = 168 дб/дек.

По ФЧХ определяем групповое время задержки сигнала: 1 мкс.

5.ИМПУЛЬСНАЯ И ПЕРЕХОДНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦЕПИ

Операторная функция передачи:

Обозначим числитель операторной функции передачи:

Обозначим знаменатель операторной функции передачи:

Полюса функции передачи, которые были найдены раннее:

Тогда импульсная характеристика ищется по формуле:

,

где  – первая производная знаменателя в точках, соответствующих полюсам функции передачи;

- время.

В нашем случае получаем:

Подставив значения, получим:

Переходная характеристика рассчитывается по формуле:

где  – первая производная знаменателя, умноженного на P в точках, соответствующих полюсам функции передачи;

- время.

Подставив значения, получим:

Графики импульсной и переходной характеристики приведены в Приложении Б.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По результатам проделанной работы можно сделать выводы:

  1.  Исходная схема является высокочастотным фильтром.
  2.  Все полюса лежат в левой полуплоскости карты, следовательно все свободные процессы в цепи будут затухать, то есть данная линейная цепь является устойчивой.
  3.  Функция передачи является минимально-фазовой, т.к. нули в правой полуплоскости отсутствуют, следовательно, АЧХ и ФЧХ должны быть функционально связанными.
  4.  Была построена карта полюсов и нулей, по которой можно очень легко построить импульсную характеристику.
  5.  Крутизна среза S = 168 дб/дек. Время задержки сигнала: 1 мкс.
  6.  Переходная характеристика, показывающая реакцию цепи на скачок напряжения в момент времени t=0, подтверждает, что все свободные процессы в цепи затухают.

Список использованной литературы

1. Коровин, В.М. Анализ линейных цепей с применением микроалькуляторов: учебное пособие / В.М. Коровин. – Челябинск: Изд-во ЮурГУ, 1988. –38 с.

2. Матханов, П.Н. Основы анализа электрических цепей. Линейные цепи: Учебник для электротехнических и радиотехничесикх специальностей ВУЗов / П.Н. Матханов. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 1990. – 400 с.

3. Стандарт предприятия. Курсовое и дипломное проектирование. Общие требования к оформлению / Н.В. Сырейшикова, В.И. Гузеев, И.В. Сурков, Л.В. Винокурова. – Челябинск: ЮУрГУ, 2001.49 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Графики АЧХ и ФЧХ

Рисунок А.1 – График АЧХ в логарифмическом масштабе

Рисунок А.2 – График ФЧХ.

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Рисунок Б.1 цепи Импульсная характеристика

Рисунок Б.2 Переходная характеристика цепи


210402.2008.314.
44.00 ПЗ

5

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

210402.2008.314.44.00 ПЗ

4

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

ЮУрГУ кафедра ЦРТС

18

177

Листов

Лит.

Исследование и анализ линейной динамической цепи

Утверд.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

210402.2008.314.44.00 ПЗ

210402.2008.314.44.00 ПЗ

Н. Контр.

Реценз.

Коровин В.М.

Провер.

Шалагинов Д.В.

Разраб.

210402.2008.314.44.00 ПЗ

3

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Изм.

6

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

210402.2008.314.44.00 ПЗ

2

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

8

210402.2008.314.44.00 ПЗ

210402.2008.314.44.00 ПЗ

9

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

19

210402.2008.314.01.00 ПЗ

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

191

210402.2008.314.44.00 ПЗ

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

204

210402.2008.314.44.00 ПЗ

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

205

210302.2008.314.44.00 ПЗ

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

218

210402.2008.314.44.00 ПЗ

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

216

210402.2008.314.44.00 ПЗ

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

217

210402.2008.314.44.00 ПЗ

g(t)

t

h(t)

t

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

22

210402.2008.314.01.00 ПЗ

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

12

210402.2008.314.44.00 ПЗ

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

13

210402.2008.314.44.00 ПЗ


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

36947. Використання вбудованих функцій MathCAD, MS Exсel для обчислення характеристик вибірки 61.5 KB
  Для обчислення числових характеристик вибірки що утримується в масиві Х розмірності m×n в MthCD призначені наступні функції: mxХ для пошуку найбільшого елемента в масиві даних; minХ пошук мінімального елемента в масиві даних; sortХ побудова варіаційного ряду тобто сортування вихідних даних по зростанню; menХ обчислення вибіркового середнього по масиву даних: vrХ для визначення вибіркової дисперсії; stdevХ для обчислення середньоквадратичного відхилення; medin для розрахунку значення медіани ...
36948. Мова програмування Matlab / Simulink 20.48 KB
  Скласти программу-функцію Matlab/Simulink для розв’язання задачі обробки одновимірного масиву у загальному вигляді, а обчислення на комп’ютері виконати для конкретних даних згідно з варіантом. Cформувати масив W з елементів масиву V, що задовольняють умову
36949. Використання засобів MathCAD, MS Excel для формування послідовностей випадкових чисел 56 KB
  Київ 2011 Лабораторна робота №4 Тема: Використання засобів MthCD MS Exсel для формування послідовностей випадкових чисел. Мета: ознайомитися з основними видами розподілів випадкових чисел основними інструментами що використовуються при формування послідовностей випадкових чисел розглянути реалізацію методів формування цих послідовностей за допомогою різних інструментальних засобів MthCD Excel. Теоретична довідка У табличному процесорі Excel для формування послідовності випадкових чисел використовується...
36950. Побудова графіків в Matlab / Simulink 233.79 KB
  Висновок: під час лабораторної роботи я вивчив графічні можливості СКМ Matlab/Simulink.
36951. Вивчення універсального вимірювача Е7-11 при вимірюваннях індуктивності, ємності, опору, тангенса кута втрат й добротності елементів 378 KB
  Мета: Навчитись вимірювати індуктивність, ємність, опір, тангенса кута втрат й добротність елементів універсальним вимірювачем Е7-11.
36952. Проектування та створення баз даних у СУБД MS Access**. Створення табличних об’єктів засобами конструктора 858.5 KB
  Таблиці СУБД нормалізовані. Нормалізація процес видалення з таблиць даних що повторюються шляхом перенесення їх у інші таблиці записи яких не містять значень що дублюються. Структура реляційної таблиці визначається складом полів. Вміст поля подається у стовпці таблиці.
36953. Проведенння приймального суцільного контролю якості продукції 366.5 KB
  Підготувати прилад В7І6 до роботи і провести вимірювання опору резисторів на різких діапазонах. Підготувати прилад МО62 до роботи і провести вимірювання опору резисторів. 3 призначений для забезпечення високого вхідного опору приладу і перетворення величини вимірюваного опору в напругу. Перший каскад коефіцієнт підсилення якого дорівнює одиниці призначений для перетворення вимірюваного опору в напругу із цією метою на його виході автоматично.
36954. СУБД MS Access**. Сортування, пошук та відбір записів у таблиці. Конструювання запитів 1.34 MB
  Звичайний фільтр викликається послідовністю команд Записи Фильтр Изменить фильтр. Розширений Записи Фильтр Расширенный фильтр. Записи формуються шляхом обєднання записів таблиць що використовуються у запиті. Умови відбору сформульовані у запиті дозволяють фільтрувати записи що складають результат обєднання таблиць.
36955. Дослідження активних фільтрів на операційних підсилювачах у середовищі Electronics Workbench 95 KB
  Розрахувати номінали елементів наступних кіл: Примітка: для кожної зі схем доцільно обрати Ф а решту елементів розрахувати виходячи з вимог завдання варіанту; а ФНЧ першого порядку на неінвертуючій ланці з частотою зрізу і коефіцієнтом підсилення ; б ФВЧ першого порядку на неінвертуючій ланці з частотою зрізу і коефіцієнтом підсилення ; в ФНЧ другого порядку на неінвертуючій ланці з частотою зрізу і коефіцієнтом підсилення ; г ФВЧ другого порядку на неінвертуючій ланці з частотою зрізу і коефіцієнтом підсилення ; д СФ на...