ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРОННЫХ ЦЕПЕЙ

Министерство образования и науки Украины

Севастопольский национальный технический университет

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторному практикуму

по дисциплине

ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРОННЫХ ЦЕПЕЙ

для студентов дневной и заочной форм обучения
направления 6.0508 «Микро- и наноэлектроника»

 

 

Часть 1 – Методы расчета цепей постоянного тока

 

 

Севастополь

Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Теория электрических и электронных цепей» для студентов дневной и заочной форм…    

Требования к оформлению отчета к лабораторной работе…….6

Лабораторная работа № 1. Ознакомление с пакетом программы Electronics Workbench. Исследование источников постоянного напряжения и тока..…………………..........................................XX

Лабораторная работа № 2. Исследование простых линейных электрических цепей постоянного тока……………………….XX

Лабораторная работа № 3. Метод непосредственного применения законов Кирхгофа …………………….…………. XX

Лабораторная работа № 4. Применение метода контурных токов для расчета электрических цепей на постоянном токе …… XX

Лабораторная работа № 5. Применение метода узловых потенциалов для расчета электрических цепей на постоянном токе …………………………….…………………….………… XX

Библиографический список……………………………………XX

Приложение А. ……………………………XX

 

 

ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ ОТЧЕТА К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

Отчет о выполнении лабораторной работы оформляется на стандартных листах формата А4. Расположение листов – вертикальное. Поля: левое 2 см, верхнее 2… Отчет должен включать в себя титульный лист с указанием номера и темы…  

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Тема: «Ознакомление с пакетом программы Electronics Workbench. Исследование характеристик источников постоянного напряжения и тока»

Цель работы – знакомство с интерфейсом программного пакета Electronics Workbench. Получение практических навыков экспериментальных исследований электрических цепей содержащих независимые и управляемые источники постоянного напряжения и тока.

Теоретические сведения

1.1.1. Назначение программного пакета При разработке изделий электронной техники широко применяется физическое или… Программа Electronics Workbench (EWВ), предназначена для схемотехнического моделирования аналоговых и цифровых…

Изучить схему-пример для исследования.

Исходная схема для исследования работы генератора постоянного тока в резистивной цепи имеет вид рис.1.13.

- электродвижущая сила генератора [В].

- внутреннее сопротивление генератора [Ом].

- резистивное сопротивление нагрузки [Ом].

Подготовка к проведению эксперимента.

Прежде чем вы приступите к сборке схемы средствами программы, необходимо на листе бумаги подготовить ее эскиз с примерным расположением компонентов.

Сборка исследуемой схемы в рабочей области пакета.

1. Подводим курсор мыши к кнопке панели компонентов рис.1.2. 2. Нажатием левой кнопки мыши открываем панель источников (рис.1.14).  

Произвести экспериментальные исследования и расчетный анализ цепи.

На схеме обозначены: – электродвижущая сила генератора [В]. – внутреннее сопротивление генератора [Ом].

Индивидуальные задания

Исходные данные и задание для выполнения лабораторной работы приведены в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Номер варианта

Величина

B

Ом

Ом

Задание

Рассчитайте цепь по рис. 1.1 и определите указанные величины

Анализ работы схемы проведем, используя табл. 1.3.

 

Таблица 1.3

ЭКСПЕРИМЕНТ	РАСЧЕТ	Комментарии
№ п/п		V	А
Ом	В	A	Вт	Вт	–
	15 000						Почти холостой ход
	0,1						Почти короткое замыкание
							Нагрузочный режим
							Режим максимальной мощности
							Нагрузочный режим

1.5. Соберите схему для исследования идеального источника постоянного напряжения (рис. 1.23):

 

 

Рис. 1.23. Исследование идеального источника постоянного напряжения

 

Устанавливается величина ЭДС. идеального источника напряжения согласно номера варианта (см. табл.1.4).

Изменяя сопротивление резистора R через 20% путём изменения положения движка этого резистора, записать показания амперметра М₁ и вольтметра М₂. Результат измерений занести в таблицу 1.5.

 

Таблица 1.4 - Исходные данные для предварительного расчёта.

Вар. №

Е, В

Rвн, Ом

 

Расчёты выполнить при R_н равном: 0,1R_вн; 0,5R_вн; R_вн; 1,5R_вн;

2R_вн; 4R_вн; 10R_вн.

Результаты предварительного расчёта свести в табл.1.5.

 

Таблица 1.5 - Исследование идеального источника напряжения.

n	R,Ом	U,В	I,мА

По результатам измерений построить внешнюю характеристику идеального источника напряжения U(I).

Исследование идеального источника постоянного тока

  Рис. 1.24. Исследование идеального источника постоянного тока   Установить величину тока источника тока I, равную 100 мА. Изменяя сопротивление резистора R через 20% путём изменения…

Исследование ИНУТ

  Изменяя сопротивление резистора R путём изменения положения движка этого… Таблица 1.7 - Исследование ИНУТ n R,Ом U,В I,mA Rупр,Ом …

Контрольные вопросы

1. Перечислите основные этапы формирования электрической схемы в пакете EWB.

2. Опишите структуру интерфейса EWB.

3. Какие опции содержат разделы горизонтального меню?

4. Каким образом осуществляется вставка элементов электрической цепи и как выполняются соединения между их выводами?

5. Как назначаются значения параметрам элементам электрической цепи?

6. Каким образом проводится запуск программы на анализ?

7. Как выполняются настройки амперметра и вольтметра, выбранных с панели инструментов Indicators?

8. Перечислите все типы источников напряжения (ЭДС), имеющиеся в программе Electronics Workbench. Каковы их свойства и условные обозначения?

9. Перечислите все типы источников тока, имеющихся в программе Electronics Workbench. Каковы их свойства и условные обозначения?

10. Чему равно внутреннее сопротивление источника напряжения и источника тока?

11. Чем отличается неидеальные источники электрической энергии от идеальных?

12. Как осуществить эквивалентное преобразование неидеального источника напряжения в неидеальный источник тока и обратное преобразование?

13. Какие режимы работы неидеального источника Вы знаете?

14. Что такое режим холостого хода и короткого замыкания реального источника?

15. Что такое согласованный режим реального источника?

16. При каком сопротивлении нагрузки в ней выделяется максимальная мощность?

17. Какие типы зависимых источников Вам известны?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

Тема: «Исследование простых линейных электрических цепей постоянного тока»

Цель работы – Ознакомиться с методами расчета простых электрических цепей постоянного тока.

Теоретические сведения

Электрической цепью называют совокупность соединённых друг с другом источников электрической энергии и нагрузок, по которым может протекать… В устройствах для генерирования электрической энергии (источниках… В приёмниках происходит обратное преобразование электрической энергии в другие виды энергии: тепловую, механическую,…

Порядок выполнения лабораторной работы

2) Произвести в соответствии с методикой эквивалентные преобразования схемы. 3) Выполнить расчет эквивалентного сопротивления и общего тока в цепи. 4) В соответствии с описанной методикой расчета определить токи и напряжения на каждом из сопротивлений в цепи.

Индивидуальные задания

 

Контрольные вопросы

Что называют электрической цепью?

В чем измеряется сопротивление и проводимость цепи?

Какие существуют способы соединения элементов в электрической цепи?

Сформулируйте основные законы электрических цепей?

Сформулируйте правила получения эквивалентного сопротивления для последовательного и параллельного включения сопротивлений.

6) Назовите правила преобразования из соединения звездой в эквивалентное соединение треугольником и наоборот.

7) Сформулируйте алгоритм расчета методом эквивалентных преобразований.

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

Тема: «Метод непосредственного применения законов Кирхгофа»

Цель работы – Научиться рассчитывать электрические цепи на постоянном токе, используя законы Кирхгофа.

Теоретические сведения

Первый закон Кирхгофа (закон токов). Алгебраическая сумма токов в любом узле равна нулю: , или арифметическая сумма токов, входящих в узел, равна арифметической сумме токов, выходящих из узла.

Порядок расчета методом уравнений Кирхгофа

Остальные уравнения составляются по второму закону Кирхгофа. При составлении уравнений по второму закону Кирхгофа можно выбирать любые контуры,… Метод непосредственного применения законов Кирхгофа обладает наглядностью,…  

Порядок выполнения лабораторной работы

2) Произвести в соответствии с методом применения законов Кирхгофа расчет цепи и определить токи и напряжения на каждом из сопротивлений в цепи. … 3) Собрать в пакете EWB схему в соответствии с вариантом. 4) Произвести моделирование работы схемы в среде EWB.

Индивидуальные задания

Таблица 4.1- Варианты числовых данных параметров электрической цепи

№ варианта	J, A	E1, B	E2, B	E3, B	E4, B	R1, Oм	R2, Oм	R3, Oм	R4, Oм	R5, Oм	R6, Ом

 

Рисунок 4.4 – индивидуальные схемы для расчетов.

Контрольные вопросы

Сформулируйте первый и второй законы Кирхгофа.

2) Сколько уравнений 1-го и 2-го законов Кирхгофа входит в систему уравнений для расчета сложной цепи?

Как правильно выбрать направления токов в цепи?

4) Сформулируйте основные этапы алгоритма расчета методом непосредственного применения законов Кирхгофа.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

Тема: «Применение метода контурных токов для расчета электрических цепей на постоянном токе»

Цель работы – Научиться рассчитывать электрические цепи на постоянном токе, используя метод контурных токов.

Теоретические сведения

В основу данного метода положено понятие контурного тока. Контурный ток представляет собой условный (воображаемый или расчетный), единый для всех… Метод основан на применении второго закона Кирхгофа и позволяет сократить при… Контурные токи, число которых равно числу независимых контуров, принимаются за искомые неизвестные и уравнения…

Порядок выполнения лабораторной работы

2) Произвести в соответствии с методом контурных токов расчет цепи и определить токи и напряжения на каждом из сопротивлений в цепи. 3) Собрать в пакете EWB схему в соответствии с вариантом. 4) Произвести моделирование работы схемы в среде EWB.

Индивидуальные задания

Таблица 5.1- Варианты числовых данных параметров электрической цепи

№ варианта	J, A	E1, B	E2, B	E3, B	E4, B	R1, Oм	R2, Oм	R3, Oм	R4, Oм	R5, Oм	R6, Ом

 

Рисунок 5.2 – индивидуальные схемы для расчетов.

Контрольные вопросы

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

Тема: «Применение метода узловых потенциалов для расчета электрических цепей на постоянном токе»

Цель работы – Научиться рассчитывать электрические цепи на постоянном токе, используя метод узловых потенциалов.

Теоретические сведения

Этот метод основан на применении первого закона Кирхгофа и обобщенного закона Ома: . Метод позволяет составить систему уравнений, из которой можно… Как следует из обобщенного закона Ома, ток любой ветви определен, если… Также как и в методе контурных токов, введем следующие понятия:

Порядок выполнения лабораторной работы

2) Произвести в соответствии с методом контурных токов расчет цепи и определить токи и напряжения на каждом из сопротивлений в цепи. 3) Собрать в пакете EWB схему в соответствии с вариантом. 4) Произвести моделирование работы схемы в среде EWB.

Индивидуальные задания

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

Тема: «Применение метода эквивалентного генератора для расчета электрических цепей на постоянном токе»

Цель работы – Научиться рассчитывать электрические цепи на постоянном токе, используя метод эквивалентного генератора.

Теоретические сведения

Теорема о компенсации. Ток в ветви не изменится, если сопротивление R пассивного элемента в ней заменить источником ЭДС Е, величина ЭДС которого… Доказательство. В электрической цепи выделим ветвь ab с сопротивлением R и…    

Библиографический список

 

Добротворский И. Н. Теория электрических цепей. - М.: Радио и связь, 1989, 472 с.

Попов П. А. Основы теории цепей. - М.:В. Ш., 1985, 495 с.

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ А