Список принятых сокращений

ДЗ – домашнее задание

ЕСКД – единая система конструкторской документации

ПК – персональный компьютер

ПРЗ – программа решения задания

ЭДС – электро-движущая сила

УГО – условно графическое обозначения

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ А
Схемы и исходные данные для ДЗ

ТаблицаА.1 – Схема для расчета

№ вар.	Схема	№ вар.	Схема
(60)		(45)
(59)		(44)
(58)		(43)
(57)		(42)
(56)		(41)
(55)		(40)
(54)		(39)
(53)		(38)
(52)		(37)
(51)		(36)
(50)		(35)
(49)		(34)
(48)		(33)
(47)		(32)
(46)		(31)

Таблица А.2 – Параметры элементов в схеме

№ вар.	R1, Ом	R2, Ом	R3, Ом	R4, Ом	R5, Ом	R6, Ом	E1, В	E2, В	E3, В

 

ПриложениеБ
ПРИМЕР РЕШЕНИЯ ЦЕПИ ИЗОБРАЖЕННОЙ НА РИСУНКЕ 1.

 

 

Б.1Составить систему уравнений по первому и второму законам (правилам) Кирхгофа

Б.1.1 Определить число узлов, ветвей, независимых контуров в схеме (число ветвей соответствует числу неизвестных токов)

Для данной схемы:

- пять ветвей (ежаб, бе, бд, бвгд, де);

- три узла (1, 2, 3);

- четыре контура;

- три независимых контура (I, II, III).

Б.1.2 Выбираемусловные положительные направления токов в ветвях и обозначить их на схемепунктирными линиями (рисунок Б.1).

Рисунок Б.1 – Схема

Б.1.3 Выбрать положительные направления обхода (НО) контуров и обозначаем их на схеме.

Б.1.4 Составляем систему уравнений по I закону Кирхгофа.

Количество уравнений по I закону Кирхгофа n определяется по формуле:

n = q – 1, (Б.1)

где q – число узлов в схеме;

Примечание - нумерация формулы (Б.1) означает что данная нумерация относится к приложению Б, для других приложений нумерация рисунков, формул или таблиц будет иная.

Для учебных целей составляем уравнения для узла всех узлов схемы.

Уравнение по I закону Кирхгофа для узла 1 имеет следующий вид:

I₁ - I₂ - I₃ - I_4,5 =0 (Б.2)

Уравнение по I закону Кирхгофа для узла 2 имеет следующий вид:

I₆ + I₂ - I₁ = 0 (Б.3)

Уравнение по I закону Кирхгофа для узла 3 имеет следующий вид:

-I₆ + I_4,5+I₃ = 0 (Б.4)

 

Б.1.5 Составим недостающие уравнения по II закону Кирхгофа

Т.к. общие количество уравнений равно числу неизвестных токов в цепи, то II закону Кирхгофа составляем три уравнения для независимых контуров:

Дляпервогоконтра

Е₁ - E₂ =I₁ R₁ + I₂ R₂ (Б.4)

Длявторогоконтра

E₂ = - I₂R₂ + I₃R₃ + I₆R₆ (Б.5)

Длятретьего контра

E₃ = - I₃R₃ + I_4,5 (R₄ + R₅ + R₀₃) (Б.6)

 

Б.1.6 Из формул (2-4) составляем систему уравнений

I₁ - I₂ - I₃ - I_4,5 =0

I₆ + I₂ - I₁ = 0

Е₁ - E₂ =I₁ R₁ + I₂ R₂ (7)

E₂ = - I₂R₂ + I₃R₃ + I₆R₆

E₃ = - I₃R₃ + I_4,5 (R₄ + R₅)

 

ПРИМЕЧАНИЕ – РАСЧЕТ ПО МЕТОДУ НЕПОСРЕДСТВЕННОГ ПРИМЕНЕНИЯ ЗАКОНОВ КИРХГОФА ПРОВОДИТЬ НЕ НАДО.

 

Б.2 Проведем расчет схеме методом контурных токов

 

Б.2.1 Характеристика метода

 

САМОСТОЯТЕЛЬНО РАЗОБРАТЬСЯ И ВЫПИСАТЬ ИЗ ЛЕКЦИИ ИЛИ ИЗ УЧЕБНИКОВ СУТЬ МЕТОДА И ОСНОВЫ РАСЧЕТА ЭТИМ МЕТОДОМ

 

Б.2.2 Выбор независимых контуров.

Схема (рисунок Б.2) имеет четыре сочетания по три независимых контура. Для расчета выбираем контура – абеж, бзе, бвгд.

Б.2.3 Выбираем направление контурных токов

Для каждого контура направлениеконтурного токавыбираетсяиндивидуально и нумеруютсяI_I, I_II, I_III. В обязательном порядке показываем на схеме – пунктирные линии со стрелками на рисунок Б.2.

Рисунок Б.2

Б.2.4 Составляем систему уравнений

Для контурного тока I_I: E₁ – E₂ = I_I (R₁ + R₂) + I_IIR₂

Для контурного тока I_II: –E₂ = I_IR₂ + I_II (R₂ + R₆ + R₃)+ I_IIIR₃ (8)

Для контурного тока I_III: E₃ = I_IIR₃ + I_III (R₄ + R₀₃ + R₅ + R₃)

Примечание – При составлении уравнений учитывать направление контурных токов в смежных ветвях и при совпадении ставится знак плюс, иначе знак минус.

Б.2.5 Расчет контурных токов

Подставляем значения в систему уравнений (8)

10 – 15 = I_I (15+10) + I_II 10

– 15 = I_I 10 + I_II (10+ 22 + 10)+ I_III 10

18 = I_II 10 + I_III (8 + 1 + 12+ 10)

 

 

Далее следует решение системы уравнений с несколькими неизвестными (для примера не указанно) –самостоятельно провести решение любым способом, при этом необходимо указать, что и как рассчитывали

 

Б.2.6 После решения уравнений получаем значение контурных токов:

I_I = 16 мА

I_II= - 540 мА

I_III = 754 мА

Б.2.7Определяем токи в ветвях по формулам:

I₁ = I_I = 16 мА

(истинное направление тока в цепи соответствует направлению контурного тока I_IIIв п.2.3)

I₂ = I_II+I_I = -540 +16 = - 524 мА

(истинное направление тока противоположно выбранному направлению контурного тока I_II в п.2.3)

I₃ = I_II+I_III =-540+754 = + 214 мА

(истинное направление тока в цепи соответствует направлению контурного тока I_IIIв п.2.3)

I_4,5 = I_III = 754 мА

I₆ = I_II = - 540 мА

(истинное направление тока противоположно выбранному направлению контурного тока I_II в п.2.3)

Б.2.7 В соответствии с расчета значений токов в ветвях и их направление парисуем на схеме истинное направление токов

 

 

Б.3Проверяем расчета с помощью баланса мощностей по формуле:

, ()

где …………..

 

E₁ I₁ + E₂ I₂-E₃ I_4.5 = I₁ I₁R₁ + I₂I₂R₂ + I₃ I₃R₃ + I_4,5 I_4,5(R₄ +R₀₃+ R₅) + I₆ I₆R₆

21.59 =21.58

Т.к. допускается незначительная разность (не более 3%) в мощности источников энергии и мощности потребителей считаем, что баланс мощностей сошёлся. Т.о. расчет выполнен верно.

Б.4 Приводим схему с указанием истинных направлений токов и их величены.

Б.5 Рассчитываем значение падения напряжений на пассивных элементах цепи в соответствии с законом Ома.

Пример:

Рассчитываем падение напряжение на резисторе R₅ U_R5, вВ, по формуле:

U_R5 = I_4,5* R₅ = 0.754 * 12 = 9,048 В ()

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ ВПример моделирования в программе MicroCap

Рассмотрим общий случай проведения моделирования.

В.1 Установить программу версии не ниже пятой (рекомендуется 11 версия)

В.2 Запустить программу. Должно появится окно (рисунок В.1).

Рисунок В.1 – Общий вид программы MicroCAP

В.3 Начинаем рисовать схему.

В.3.1 Выбираем первый компонент – резистор. Это возможно несколькими вариантами, один из них показан на рисунке В.2.

Рисунок В.2 – Выбор компонента резистор

В.3.2 После выбора компонента курсор превратится в символ резистора и при нажатии левой кнопки мыши по пустому месту открывается диалоговое окно свойства резисторов (рисунок В.3).

Рисунок В.3 – Окно свойства компонента – резистора

В.3.3 Основные параметры, задаваемые при выборе компонента, следующие:

- параметр Part задаёт обозначение элемента на принципиальной схеме (например, R1, C2, L1);

- параметр Value задаёт номинал элемента (например, 2.2k, 100pF,12mH).

- параметр Model позволяет выбрать модель из списка (например, транзистор КТ312А, операционный усилитель UD1407, для пассивных элементов этот параметр не задается).

Примечание - состав параметров и их функциональные возможности могут отличаться в зависимости от типа выбранного элемента.

В системе MicroCap используются обозначения дольных и кратных единиц, в соответствии с приведёнными в таблицеВ.1 данными. Эти обозначения набираются в латинском регистре после численного значения величины без пробела.

Таблица В.1

1012	Тера (Т)	T или t	10-3	Мили(м)	M или m
109	Гига (Г)	G или g	10-6	Микро(мк)	U или u
106	Мега(М)	Meg или meg	10-9	Нано (н)	N или n
103	Кило (к)	K или k	10-12	Пико (п)	P или p

 

В графе «Value»вводим значение номинала резистора в соответствии с заданием (например для 10 Ом – 10, а для 10 кОм – вводим 10k), нажимаем кнопку «ОК» (рисунок В.4)

 

Рисунок В.4 – Поля для заполнения свойств резистора

В.3.4 Выставляем все необходимые резисторы и вводим их номиналы. Проводим расстановку резисторов (примерную). Учитывая, что в дальнейшем нам понадобится дополнительное расстояние между элементами это необходимо заранее учесть.

В.3.5 Выбираем элемент питания (батарея) способом показанным на рисунке В.5 или горячей клавишей «В».

Рисунок В.5 – Выбор компонента «Батарея»

 

В.3.6 После выбора компонента курсор превратится в символ источника питания и при нажатии левой кнопки мыши по пустому месту открывается диалоговое окно его свойств
(рисунок В.6).

Рисунок В.6

В.3.7 В графе «Value»вводим значение номинала источника в соответствии с заданием, нажимаем кнопку «ОК».

Выставляем все необходимые источники питания и вводим их номинальное напряжение. Проводим расстановку.

В.3.8 Далее необходимо соединить все компоненты в соответствии со схемой при помощи инструмента «WireMode» (рисунок В.7).

Рисунок В.7

В.3.9 Подключаем элемент «земля» в схему (место по усмотрению студента). Выбор элемента можно провести в соответствии с рисунком В.8.

Рисунок В.8 – Выбор элемента «Ground»

Примечание – Подключение данного элемента обязательно, т.к. моделирование схемы без него не возможно

 

В.3.10 Проверить схему на правильность подключения источников питания (полярность) и выбора номиналов элементов. При необходимости повернуть компонент, можно воспользоваться горячей клавишей «Ctrl+R»при «выделении» элемента.

В.3.11 Моделирование схемы

В.3.11.1 Выбираем пункт меню Analysis/DynamicDC (рисунокВ.9)

Рисунок В.9 – Выбор вида моделирования

 

В.3.11.2 В новом окне выбираем опции моделирования в соответствии с рисунком В.10.

Рисунок В.10- Опции моделирования DynamicDC

В.3.11.3 Результат моделирования величины тока и напряжения с дробной частью (три знака после запятой) представлен на рисунке В.11. Если между элементами схемы оставить не большие расстояния, то значение напряжений (узловых потенциалов) и токов будут накладываются друг на друга и(или) на другие элементы. Что в свою очередь может привести к неправильному чтению результатов моделирования. Такие схемы к рассмотрению в отчете не принимаются

Рисунок В.11– Пример «скриншота» при моделирования схемы в программе MicroCAP

 

В.3.11.4 Для наглядности необходимо расположить результаты моделирования (ток в цепи цифры синего цвета, потенциалы (напряжение) – цифры красного цвета) и параметры цепи, таким образом, что бы все данные были читаемые и не закрывали друг друга.

В.4 Для определения падения напряжения на пассивных элементах цепи необходимо вычислить разность потенциалов.

Пример.

Для определения напряжения падения на резисторе R5, U_R5вВ, необходимо от потенциала 𝝋2 отнять величину потенциала 𝝋1, т.е.

U_R5 =𝝋2- 𝝋1 = 20.959 – 11.898 = 9.061 В

 

ПРИЛОЖЕНИЕ Г Пример оформления списка литературы

 

Список использованных источников

1 Электротехника и электроника. Методические указания по выполнению домашних расчетов заданий по электротехнике / Сост.: В.М. Бурков и д.р. ГОУ ВПО Иван. Гос. хим.- технолог. ун–т. Иваново. 2010 – 40с.

2 Никонов А.В. Моделирование в электротехнике и электронике:Учеб. пособие / А.В.Никонов – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2003г. -68с.

3 Амелина М.А., Амелин С.А. Программа схемотехнического моделирования Micro-Cap 8. – М.: Горячая Линия – Телеком, 2007. – 464 с.

4 Никонов, А.В. Моделирование в электротехнике, электронике и схемотехнике: учеб.пособие / А.В. Никонов, Г.В. Никонова. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2014. – 134 с.

5 Разевиг В.Д. Система схемотехнического моделирования MicroCAP V. – М.: ТОО «СОЛОН», 1997. – 273 с.

6 Бакалов В.П. и др. Основы теории электрических цепей и электроники: Учеб.для вузов / В.П. Бакалов, А.Н. Игнатов, Б.И. Крук. – М.: Радио и связь, 1989. – 528 с.

7 Фриск В. В., Логвинов В.В., Основы теории цепей, основы схемотехники, радиоприемные устройства. Лаб. практикум на ПК. М.: Солон-Прес, 2008.-608с.:ил.- (Серия «Библиотека студента»).