Некоммерческое акционерное общество
АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ
Кафедра теоретических основ электротехники

ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ В РАДИОЭЛЕКТРОНИКЕ
Методические указания и задания к  курсовой и расчетно-графической работе для студентов специальности
5В071900- Радиотехника, электроника и телекоммуникации

Алматы 2014

СОСТАВИТЕЛИ: З.И. Жолдыбаева, Е.Х. Зуслина. Теория электрических цепей в радиоэлектронике. Методические указания и задания к   курсовой и расчетно-графической работе для студентов специальности 5В071900 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации. – Алматы: АУЭС, 2014. – 20 с.

Методические указания и задания содержат требования к выполнению и оформлению курсовой и расчетно-графической работ, задания, схемы и параметры электрических цепей. Методические указания и задания соответствуют рабочей программе дисциплины по выбору "Теория электрических цепей в радиоэлектронике" для студентов  специальности 5В071900 –«Радиотехника, электроника и телекоммуникации».

Ил. 26 , табл. 11 , библиогр.- 8 назв.

Рецензент: доцент М.В. Башкиров

Печатается по плану издания некоммерческого акционерного общества

«Алматинского университета энергетики и связи» на 2014 г.

Ó НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2014г.

Введение

Дисциплина «Теория электрических цепей в радиоэлектронике» является дисциплиной по выбору для студентов  специальности 5В071900 –«Радиотехника, электроника и телекоммуникации».

Целью выполнения курсовой работы «Переходные процессы в линейных электрических цепях» является изучение переходных процессов в линейных электрических цепях с сосредоточенными параметрами. Целью расчетно-графической работы «Четырехполюсники» является изучение теории четырехполюсников. Курсовая работа посвящена расчету переходных процессов классическим, операторным методами и анализу электрических цепей спектральным методом. Расчетно-графическая работа посвящена расчету типовых четырехполюсников.

Задача курсовой и расчетно-графической работна основе знаний качественных и количественных сторон процессов, происходящих в различных электротехнических устройствах, подготовить студента для успешного и грамотного решения задач, которые ставят специальные радиотехнические дисциплины.

Решение курсовой и расчетно-графической работ имеет исключительное значение для формирования научного кругозора специалистов и помогает студентам проверить степень усвоения ими курса «Теория электрических цепей в радиоэлектронике», вырабатывает навык четко и кратко излагать свои мысли

В процессе выполнения курсовой и расчетно-графической работ студент должен освоить: классический метод расчета переходных процессов; операторный метод расчета переходных процессов; спектральный метод анализа электрических цепей при воздействии на цепь непериодических сигналов и расчет типовых четырехполюсников.

1 Курсовая работа «Переходные процессы в линейных электрических цепях». Задание 1. «Расчет переходных процессов в линейной электрической цепи классическим методом»

Цель задания 1 курсовой работы: получение навыков расчета переходных процессов классическим методом.

В момент времени  в цепи, подключенной к источнику постоянной эдс Е, происходит коммутация.

1.1 Согласно своему варианту, выбрать схему электрической цепи и ее параметры (таблицы 1.1, 1.2).

1.2 Рассчитать заданное в таблице 1.3 значение переходной величины классическим методом.

  Таблица 1.1

Год

поступления

Первая буква фамилии

Четный

ЭЮЯ

ЧШЩ

ХФЦ

СТУ

ОПР

МН

КЛ

ЖЗИ

ГДЕ

АБВ

Нечетный

АБ

В

ГД

Е

ЖЗ

И

КЛ

МН

ОП

Р

СТ

У

ХФ

Ц

ЧШ

Щ

ЭЮ

Я

Номер схемы

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

1.10

Е, В

25

30

10

15

25

40

25

35

20

25

R4, Ом

20

35

10

20

10

35

20

25

35

40

 Таблица 1.2

Год

поступления

Последняя цифра студенческого билета

Четный

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

Нечетный

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

R1, Ом

30

25

25

30

20

25

20

35

25

35

R2, Ом

10

38

25

35

30

10

15

20

28

20

R3, Ом

20

10

15

45

10

25

10

25

45

10

15

14

10

20

12

15

10

15

25

35

8

10

6

5

12

7

5

15

3

12

 Таблица 1.3

Год

поступления

Предпоследняя цифра студенческого билета

Четный

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

Нечетный

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Определить

Рисунок 1.1                                              Рисунок 1.2

 

Рисунок 1.3                                              Рисунок 1.4

Рисунок 1.5                                                  Рисунок 1. 6

Рисунок 1.7                                                  Рисунок 1.8

Рисунок 1.9                                                  Рисунок 1.10

2 Курсовая работа «Переходные процессы в линейных электрических цепях». Задание 2. «Расчет переходных процессов в линейной электрической цепи операторным методом»

Цель задания 2 курсовой работы: получение навыков расчета переходных процессов операторным методом.

          В момент времени  в цепи, подключенной к источнику постоянной эдс  Е, происходит коммутация.

2.1 Согласно своему варианту, выбранному в задании 1 рассчитать заданное значение переходной величины операторным методом.

2.2 Сравнить полученное значение переходной величины с выражением, полученным в задании 1.

          2.3 Построить график зависимости переходной величины от времени в интервале от 0 до (4÷5) τmax.

        3 Курсовая работа «Переходные процессы в линейных электрических цепях». Задание 3. «Спектральный метод анализа электрических цепей»

Цель задания 3 курсовой работы: получение навыков анализа электрических цепей спектральным методом при подключении цепи к источнику непериодического напряжения.

         Произвести изменения в послекоммутационной схеме своего варианта, заменив один из реактивных элементов «L» или «С» на короткозамкнутый участок (см. таблицу 3.1). В результате замены получится схема с одним реактивным элементом. Полученная электрическая цепь подключается к импульсу напряжения  (см. рисунки 3.1 –3.3). Варианты задания указаны в таблицах 3.1- 3.3.

         3.1 Согласно своему варианту, определить спектральную плотность, амплитудно-частотную (АЧХ) и фазо-частотную (ФЧХ) характеристики входного импульса напряжения , построить графики АЧХ и ФЧХ, используя ЭВМ.

         3.2 Согласно своему варианту, определить комплексную передаточную функцию цепи  или HY(jω), АЧХ и ФЧХ комплексной передаточной функции в соответствии с искомой спектральной плотностью реакции цепи (см.таблицу 3.1) и построить графики АЧХ и ФЧХ, используя ЭВМ.

        3.3 Согласно своему варианту, определить спектральную плотность реакции цепи  или I(jω), АЧХ и ФЧХ спектральной плотности реакции цепи (см.таблицу 3.1) и построить графики АЧХ и ФЧХ с помощью ЭВМ.

   Таблица 3.1

Год

поступления

Первая буква фамилии

Четный

ЭЮЯ

ЧШЩ

ХФ

Ц

СТ

У

ОП

Р

МН

КЛ

ЖЗ

И

ГД

Е

АБВ

Нечетный

АБ

В

ГД

Е

ЖЗ

И

КЛ

МН

ОП

Р

СТ

У

ХФ

Ц

ЧШ

Щ

ЭЮ

Я

Закоротить

L

C

L

C

L

C

L

C

L

C

Передаточ. функция

HU(jω) или

HY(jω)

HUС

HYL

НUR

HYR

HYC

НUL

HYC

НUR

НUC

HYL

Искомая величина U(jω) или I(jω)

UC

IL

UR2

IR2

IC

UL

IC

UR2

UC

IL

  Таблица 3.2

Год

поступления

Последняя цифра студенческого билета

Четный

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

Нечетный

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

№ рисунка

3.1

3.2

3.3

3.1

3.2

3.3

3.1

3.2

3.3

3.1

t0, мс

7

8

9

  Таблица 3.3

Год

поступления

Предпоследняя цифра студенческого билета

Четный

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Нечетный

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

10

20

30

25

15

35

40

45

50

18

tИ, мс

3

2

2

1

4

3

5

4

1

5

       Рисунок 3.1                          Рисунок 3.2                             Рисунок 3.3

4 Расчетно-графическая работа «Четырёхполюсники»

Цель расчетно-графической работы: получение навыков расчета типовых четырехполюсников.

Заданы два пассивных Г-образных четырехполюсника (см. рисунки 4.1-4.10), значения активных, индуктивных и емкостных сопротивлений приведены в таблицах 4.1÷4.3.

4.1 Согласно своему варианту, определить комплексные сопротивления  и  для заданных Г – образных четырехполюсников;

4.2 Определить А-параметры заданных Г-образных четырехполюсников двумя методами, используя: режимы холостого хода и короткого замыкания; законы Кирхгофа. Проверить выполнение условия ;

4.3 Каскадно соединить заданные Г-образные четырехполюсники, определить, согласно своему варианту, комплексные сопротивления: Z, Z Z или Z, Z, Z результирующего Т-образного или П-образного четырехполюсника.

4.4 По найденным А-параметрам Г-образных четырехполюсников, используя матричные методы расчета, определить А-параметры полученного

Т-образного или П-образного четырехполюсника.

4.5. По найденным А-параметрам Т-образного или П-образного четырехполюсника определить, согласно своему варианту, Z-, Y-, H-параметры.

4.6 Определить характеристические сопротивления ZC1 и ZC2, полученного Т-образного или П-образного четырехполюсника, используя А-параметры и параметры холостого хода и короткого замыкания.

4.7 Определить характеристическую постоянную передачи , характеристическое ослабление , фазовую постоянную  Т-образного или П-образного четырехполюсника.

4.8 Указать, какие свойства параметров коэффициентов пассивного четырехполюсника были проверены при выполнении расчетно-графической работы. Сравнить результаты расчета ZC1 и ZC2, полученные разными методами.

   Таблица 4.1

Год

поступления

Первая буква фамилии

Четный

ЭЮЯ

ЧШ

Щ

ХФ

Ц

СТ

У

ОП

Р

МН

КЛ

ЖЗ

И

ГД

Е

АБВ

Нечетный

АБ

В

ГД

Е

ЖЗ

И

КЛ

МН

ОП

Р

СТ

У

ХФ

Ц

ЧШ

Щ

ЭЮ

Я

№ рисунка

4.1

4.2

4.3

4.4

4.5

4.6

4.7

4.8

4.9

4.10

Схема

результир.

четырехполюсника

Т-об.

Т-

об.

П-об.

П-об.

Т-об.

Т-об.

Т-об.

П-об.

П-об.

Т-об.

  Таблица 4.2

Год

поступления

Последняя цифра студенческого билета

Четный

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Нечетный

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

R1, Ом

45

15

15

20

30

35

25

28

34

44

ХL1, Ом

25

20

45

40

18

28

45

38

46

26

ХC1, Ом

40

34

20

10

38

10

30

12

20

35

Определяемые параметры

Н-пар.

Z-пар.

Y-пар.

Н-пар.

Z-пар.

Y-пар.

Н-пар.

Z-пар.

Y-пар.

Н-пар.

 Таблица 4.3

Год

поступления

Предпоследняя цифра студенческого билета

Четный

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

Нечетный

0

9

8

7

6

5

4

3

2

1

R2, Ом

30

15

40

30

45

25

35

18

22

38

ХL2, Ом

18

25

45

26

36

12

30

20

40

10

ХC2, Ом

20

36

25

14

50

24

15

35

28

30

R3, Ом

35

18

42

32

44

30

26

42

18

44

ХL3, Ом

25

20

34

24

38

34

16

27

33

45

ХC3, Ом

40

30

28

45

32

20

46

32

26

18

Рисунок 4.1

Рисунок 4.2

Рисунок 4.3

Рисунок 4.4

Рисунок 4.5

Рисунок 4.6

Рисунок 4.7

Рисунок 4.8

Рисунок 4.9

Рисунок 4.10

5 Методические указания к расчёту

5.1 Классический метод расчёта переходных процессов.       

Методика расчёта переходных процессов классическим методом включает следующие этапы:

а) Определение независимых начальных условий: ; независимые начальные условия определяются путём расчета установившегося режима в цепи до коммутации и с применением законов коммутации:

                   ;            .

б) Запись дифференциальных уравнений по законам Кирхгофа для цепи после коммутации.

в) Запись выражения для искомого переходного тока или переходного напряжения в виде:

                   ;                        .

г) Определение принуждённого тока  или принужденного напряжения  путём расчёта установившегося режима в цепи после коммутации.

д) Определение свободного тока  или напряжения . Для определения  или составляется характеристическое уравнение и находятся его корни. Запись выражения  или  определяется типом корней характеристического уравнения.

ж) Определение постоянных интегрирования по начальным значениям искомой величины и её первой производной (для цепи второго порядка).

5.2 Операторный метод расчёта переходных процессов.

Методика расчёта переходных процессов операторным методом включает следующие этапы:

а) Определение независимых начальных условий: .

б) Составление эквивалентной операторной схемы (схема составляется для цепи после коммутации).

  Таблица 5.1

Эквивалентные операторные схемы пассивных элементов

Исходная схема

Операторная схема

в) Составление уравнений для определения изображения искомой величины, используя любой из методов расчёта: законы Кирхгофа в операторной форме, метод контурных токов, метод узловых потенциалов, метод эквивалентного генератора и т.п. (уравнения составляются для цепи после коммутации), и определение изображения искомой величины.

г) Определение искомой величины (оригинала) по найденному изображению, используя теорему разложения.

 Таблица 5.2

Теорема разложения

Изображение имеет вид рациональной дроби:

где m<n,   - характеристическое уравнение. Оригинал определяется по теореме разложения.

Вид корней характеристического уравнения , для

Теорема разложения

Корни характеристического уравнения , − вещественные и различные

где

Корни характеристического уравнения  комплексные сопряженные  

Знаменатель имеет один нулевой корень: , корни характеристического уравнения,− вещественные и различные

Знаменатель имеет один нулевой корень: , корни характеристического уравнения  комплексные сопряженные

5.3 Спектральный метод анализа электрических цепей.

Методика спектрального метода анализа электрических цепей включает этапы:

а) Определение спектральной плотности импульса входного напряжения  с помощью прямого преобразования Фурье:

б) Определение комплексной передаточной функцию цепи HY(jω) или .

в) Определение спектральной плотности реакции цепи  или : I(jω) = HY(jω)U(jω),     UK(jω)=HU(jω) U(jω).    

          5.4 Четырехполюсники.

Четырёхполюсником называется электрическая цепь или её часть, имеющая  две пары зажимов (полюсов), для подключения к источнику и приемнику электрической энергии.

Схемы Г-, П -, Т- образных пассивных четырёхполюсников показаны на рисунках 5.1 а, б, в, г.

                                     

                         

Рисунок 5.1-Схемы Г-, П -, Т- образных пассивных четырёхполюсников

 Уравнения, определяющие зависимость между напряжениями и токами на входе и выходе четырехполюсника, называются уравнениями передачи четырёхполюсника. Величины, связывающие в уравнениях передачи напряжения и токи, называются параметрами четырёхполюсника.

Уравнения передачи в Y-параметрах. Коэффициенты  называются Y-параметрами и имеют размерность проводимостей:

 }.                                            (5.1)

         Уравнения передачи  в Z-параметрах. Коэффициенты   называются Z-параметрами и имеют размерность сопротивлений:

}.                                                                                    (5.2)

Уравнения передачи  в А- параметрах:

         }.                                                                                 (5.3)

          Коэффициенты  называются А- параметрами или обобщенными параметрами. А1122-безразмерные; А12 имеет размерность сопротивления; А21 имеет размерность проводимости.

          Уравнение передачи в Н – параметрах. Коэффициенты  Н11, Н12, Н21, Н22 называются Н-параметрами:

}.                                             (5.4)

Параметры  четырехполюсника являются комплексными величинами, определяются только схемой четырёхполюсника и её элементами; между различными системами параметров четырехполюсника существует однозначная связь. Параметры четырехполюсника можно определить различными способами: а) по законам Кирхгофа; б) по токам и напряжениям в режимах холостого хода и короткого замыкания; в) применяя матричную форму записи уравнений передачи.

         При каскадном соединении двух четырехполюсников матрица А результирующего четырехполюсника равна произведению одноименных матриц соединенных четырёхполюсников: А=А/А//. На рисунке 5.2 показан Т-образный четырехполюсник, полученный путем каскадного соединения двух Г-образных четырехполюсников.

Рисунок 5.2 - Каскадное соединение Г-образных четырехполюсников

        

         Характеристическими сопротивлениями четырёхполюсника называется такая пара сопротивлений и , которая удовлетворяет условию: при

 имеем  и при  имеем  (где ZH1, ZH2 – сопротивления нагрузки, ZВХ1, ZВХ2 – входные сопротивления четырехполюсника). можно выразить через А- параметры и параметры ХХ и КЗ:

;     ; .            (5.5)

         Характеристическая постоянная передачи четырёхполюсника определяется в режиме согласованного включения и равна:

                                                  = АС+jВС ,                             (5.6)

 где   U1,I1, U2,I3 – напряжения и токи на входе и выходе четырехполюсника;

         АС –характеристическое ослабление четырёхполюсника;

         ВС – фазовая постоянная четырёхполюсника.

         Характеристическую постоянную передачи можно выразить через А-параметры и параметры ХХ и КЗ:

, .                        (5.7)

6 Требования к выполнению и оформлению

6.1Курсовая расчетно-графическая  работа должна быть выполнена в соответствии с фирменным стандартом «Работы учебные», АИЭС, 2002г. и  включать следующие элементы:

а) титульный лист (образец прилагается);

б) содержание;

в) введение;

г) задание;

д) основную часть;

е) заключение (выводы);

ж) список литературы;

и) приложения.

6.2 Текст задания (условие задачи) должен быть переписан полностью, со всеми рисунками и числовыми значениями для своего варианта.

6.3 Каждый этап работы должен быть озаглавлен.

6.4 Работа выполняется рукописным способом или с применением компьютерной печати (в программе Microsoft Word, шрифт высотой 14 пунктов с интервалом 1,0-1,5). Текст пишется на одной стороне листа белой бумаги формата А4. По всем четырем сторонам листа оставляются поля: левое - не менее 30 мм, правое – не менее 10 мм, верхнее и нижнее – 20 мм.

6.5 Все листы  работы должны иметь сквозную нумерацию, начиная с титульного листа, включая приложение. Номер пишется снизу в середине листа без точки.

6.6 Расчеты должны сопровождаться пояснениями. Нельзя приводить только расчетные формулы и конечные результаты. Работы, в которых вычисления и пояснения приводятся сокращенно, к защите не допускаются и возвращаются студентам на доработку.

6.7 Рисунки, графики и схемы должны быть выполнены аккуратно и  пронумерованы.

6.8 На графиках обязательно указываются названия изображаемых величин, их единицы измерения. Масштабы необходимо  подбирать так, чтобы было удобно пользоваться графиком или диаграммой. В соответствии с выбранным масштабом подписываются шкалы графиков и диаграмм.

6.9 У параметров, имеющих определенные размерности, необходимо писать в окончательных результатах соответствующие единицы измерения. Все обозначения электрических величин должны соответствовать  ГОСТу.

6.10 Во введении обосновать необходимость изучения переходных процессов и методов их  расчета. 

6.11 В заключение провести анализ методов расчета переходных процессов, использованных в курсовой работе; сравнить результаты, полученные классическим и операторным методами; определить время, которое требуется для завершения переходного процесса на практике; для этого момента времени определить в процентах отношение переходного тока (напряжения) к принужденному току (напряжению).

6.12 Работа должна быть сдана на проверку в срок, указанный преподавателем. В случае нарушения студентом срока сдачи работы, ему выдается дополнительное задание или другой вариант (по усмотрению преподавателя), а также снижается итоговый балл за работу.

Некоммерческое акционерное общество
«АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ»

Кафедра_____________________________________

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине_________________________________
____________________________________________

На тему______________________________________
__________________________________________

Специальность __________________________
Выполнил_________________Группа_________
                       (Ф.И.О.)

Принял ________________________________
(ученая степень, звание, Ф.И.О.)

_____ «____»______201___г.
(подпись)

Алматы 201__

Список литературы

1 Бакалов В. П., Дмитриков В.Ф., Крук Б.Е. Основы теории цепей: Учебник для вузов. – М.: Радио и связь, 2000.-592 с.

2 Демирчян К.С., Нейман Л.Р., Коровкин Н.В., Чечурин В.Л. Теоретические основы электротехники. - т.1. – Санкт-Петербург: Питер, 2003.

3 Демирчян К.С., Нейман Л.Р., Коровкин Н.В., Чечурин В.Л. Теоретические основы электротехники. - т.2. – Санкт-Петербург: Питер, 2003.

4 Зевеке Г.В., Ионкин П.А., Нетушил А.В., Страхов С.В. Основы теории цепей. – М.: Энергоатомиздат, 1989.-528 с.

5 Шебес М. Р., Каблукова М. В. Задачник по теории линейных электрических цепей. – М.: Высшая школа, 1990.-544 с.

6 Жолдыбаева З.И., Коровченко Т.И. Теория электрических цепей: Учебное пособие. – Алматы, 2007.-77 с.

          7 Жолдыбаева З.И., Зуслина Е.Х. ТЭЦ2. Примеры расчета установившихся и переходных режимов в линейных электрических цепях с сосредоточенными и распределенными параметрами.: Учебное пособие. – Алматы:2010.-80 с.

         8. Жолдыбаева З.И., Зуслина Е.Х. Применение  MathCad в теории электрических цепей: Учебное пособие. – Алматы, 2012.-83 с.

Содержание

Введение                                                                                                            

1 Курсовая работа «Переходные процессы в линейных электрических цепях». Задание 1. «Расчет переходных процессов в линейной

электрической цепи классическим методом»                                                    

2 Курсовая работа «Переходные процессы в линейных электрических  цепях». Задание 2. «Расчет переходных процессов в линейной

электрической цепи операторным методом»                                                

 3 Курсовая работа «Переходные процессы в линейных электрических цепях». Задание 3. «Спектральный метод анализа электрических цепей» 

4 Расчетно-графическая работа «Четырехполюсники»                                   

5 Методические указания                                                                               

6 Требования к выполнению и оформлению                                                            

Список литературы  

Сводный план 2014г., поз. 37

Зухра Исламовна Жолдыбаева
Екатерина Хаскелевна Зуслина

ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ В РАДИОЭЛЕКТРОНИКЕ
Методические указания и задания к  курсовой и расчетно-графической работе для студентов специальности
5В071900- Радиотехника, электроника и телекоммуникации

Редактор Л.Т.Сластихина
Специалист по стандартизации: Н.М. Молдабекова

Тираж  250 экз. 
Бумага типографская
Подписано в печать _________
Формат 60х84  1/16 №1
Объем  1,3 уч. - изд. л.        
Заказ ____. Цена 650 тенге.

Копировально-множительное бюро
Некоммерческого акционерного общества
«Алматинский университет энергетики и связи»
050013, Алматы, Байтурсынова 126.