Введение. По дисциплине «теория колебаний и волн» с применением редактора Multisim и пакета Mathcad

Лабораторные работы

по дисциплине «Теория колебаний и волн» с применением редактора Multisim и пакета Mathcad

Разработал:

Доцент каф. РТ и ИТ

Федоров В.Н.

Якутск 2014

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………………...………....5

1 ОБЗОР ВИРТУАЛЬНЫХ ЛАБОРАТОРИЙ …………………………….………...…6

1.1 STAR……………………………………………………………………….………...…..7

1.2 EWB………………………………………………………………………….………......7

1.3 Simulink………...………………………………………………………………………..8

1.4 Краткие сведения о пакетах Multisim и Mathcad……………………..………………9

1.4.1 Multisim………………………………………………………………………………..9

1.4.2 Mathcad……………………………………………………………………………….20

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ ПО ВЫПОЛНЯЕМЫМ

ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ ……………..………………………………………....24

2.1 Гармонические осцилляторы……………………...…………..…………………..….24

2.2 Сложение гармонических колебаний…………………..……………...…………......27

2.3 Ангармонические осцилляторы…………………………………………………...….30

2.4 Параметрические колебания……………...……………………………………...…...32

2.5 Нелинейные волны……………….......…………………………………….……….....34

2.6 Хаотические колебания……………………………………………………………….36

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ ………………………………..…….………….40

3.1 Гармонические осцилляторы……………………………………………………...….40

3.1.1 Лабораторная работа «Исследование гармонических колебаний»…………..…..40

3.1.2 Лабораторная работа «Исследование затухающих

гармонических колебаний»……………………………….………………………………44

3.1.3 Лабораторная работа «Исследование частотных свойств

резонансных контуров».......................................................................................................47

3.2 Сложение гармонических колебаний……………………….……………………..…49

3.2.1 Лабораторная работа «Сложение однонаправленных колебаний»…………..…..49

3.2.2 Лабораторная работа «Сложение перпендикулярных колебаний»…………..…..50

3.3 Ангармонические осцилляторы………………………………………………………51

3.3.1 Лабораторная работа «Осциллятор Дуффинга»..........................……………….…51

3.3.2 Лабораторная работа «Осциллятор Ван-дер-Поля»……………………………....53

3.4 Параметрические колебания………………………………………………………….58

3.4.1 Лабораторная работа «Исследование параметрического усилителя»……..…….58

3.5 Нелинейные волны..………………………………………………………………..….60

3.5.1 Лабораторная работа «Солитоны»…………………………………..……………..60

3.6 Хаотические колебания……………………………………………………………….61

3.6.1 Лабораторная работа «Осциллятор Лоренца»…………………………..…………61

3.6.2 Лабораторная работа «Генератор шума»………………………..…………………62

ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………...…………………..….64

ЛИТЕРАТУРА ……………………………………………………………………………66

ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

В настоящей дипломной работе используются следующие определения, обозначения и сокращения:

STAR - Software Tools for Academics and Researchers

EWB - Electronics Workbench

SPICE - Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis

ANSI - American National Standards Institute

DIN - Deutsches Institut für Normung

АЧХ – амплитудно-частотная характеристика

ФЧХ – фазо-частотная характеристика

ЛР – лабораторная работа

ПК – персональный компьютер

ВВЕДЕНИЕ

В современном образовательном процессе всё большую роль играют виртуальные лаборатории.

Виртуальная лаборатория – это программно-аппаратный комплекс, позволяющий проводить опыты без непосредственного контакта с реальной установкой или при полном отсутствии таковой.

Актуальность использования виртуальных лабораторных работ состоит в том, что для организации и проведения таких работ не нужно сложного оборудования. Достаточно всего лишь места, где есть компьютер. Возможность моделирования объектов, процессов, явлений, которые невозможно воспроизвести в условиях учебного заведения, или наблюдать в реальности.

Представляют собой обучающие системы, моделирующие поведение объектов реального мира в компьютере. Это набор программных продуктов, таких как STAR, Electronics Workbench, Simulink, MultiSim, Mathcad и другие.

В данной дипломной работе использованы редактор схем Multisim и пакет Mathcad.

Multisim – это уникальная возможность разработки схем и ее тестирования/эмуляции.

Mathcad является интегрированной системой программирования, ориентированной на проведение математических, инженерно-технических расчётов.

В работе сделан обзор виртуальных лабораторий. Приведены краткие описания использования редактора Multisim и пакета Mathcad, теоретические сведения по выполняемым лабораторным работам. Разработаны лабораторные работы: «Исследование частотных свойств резонансных контуров», «Сложение однонаправленных колебаний», «Сложение перпендикулярных колебаний», «Исследование параметрического усилителя», «Солитоны», «Генератор шума».