Задание 1. Исследование электрической цепи на постоянном токе

ФГАОУ ВПО «БАЛТИЙСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ ИММАНУИЛА КАНТА»

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

КАФЕДРА РАДИОФИЗИКИ И ИНФОРМАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

ОТЧЕТ

По лабораторной работе №1

Тема: «Исследование возможностей программы схемотехнического моделирования Electronics Workbench»

студентов 4 курса

Специальности «Организация и технология защиты информации»

Специализация «Компьютерная безопасность»

Бажанова Михаила и Бабича Андрея

Калининград

2013 год

Цели работы:

1. Изучить теоретические сведения о назначении, возможностях и интерфейсе пользователя программы схемотехнического моделирования Electronics Workbench (EWB).

2. Получить практические навыки в моделировании простейших электронных схем при помощи программы схемотехнического моделирования Electronics Workbench.

Программа работы:

Electronics Workbench.

Используемая учебно-материальная база:

методическое пособие к программе Electronics Workbench.

Ход работы

Задание 1. Исследование электрической цепи на постоянном токе.

В ходе выполнения данной задачи, была составлена схема, позволяющая проверить на практике правильность и справедливость закона Ома.

Рис. 1. Схема, позволяющая проверить на практике справедливость закона Ома

Из рис. 1 следует, что на участке цепи с сопротивлением R2=100 Ом создается падение напряжения U=9,09 В, измеряемое вольтметром.

I = U / R, из чего следует I = 9,09/100 = 90,9 мА.

R2, Ом	U, В	I=U/R, А
	9,09	0,09
	7,5	0,25
	6,67	0,33
		0,5
	3,33	0,67

Таблица 1. Результаты показаний вольтметра и вычисленные значения I

Вывод: На примере данного опыта, мы подтвердили практическую правильность и справедливость соотношения I = U / R, т.е. закона Ома, что видно из приведенной выше таблицы результатов измерений.

Задание 2. Исследование явлений в электрической цепи на переменном токе с емкостью и индуктивностью.

Согласно заданию была составлена RL-цепь, приведенная на рис. 2.

Рис. 2. Последовательная RL-цепь

Для такой цепи модуль полного сопротивления определяется согласно выражению:

С учетом, что ω = 2πF выражение может быть записано с циклической частотой F:

С учетом, что F =159,155 Гц, ω = 2πF = 2 • 3,14 • 159,155 = 1000 рад/с, R =1000 Ом, можно определить модуль сопротивления RL-цепи | Z |.

Отсюда следует, что Z=1414 Ом.

Амплитуда и фаза тока в этом случае будут иметь следующие значения:

I_m=U_m/ | Z | = 10/1414 = 7,07 мА;

tgB_r = ω L/R = (1000 × 1)/1000 = 1, B_r = 45⁰

Падение напряжения на сопротивлении и индуктивности:

U_r = I_mR = 0,00707 × 1000 = 7,07 В;

U_L = I_mX_L= 0,00707 × 1000 = 7,07 В,

что практически совпадает с показаниями прибора на рис. 2.

Из рисунка следует, что при F=159,155 Гц, Z =1414 Ом, и E=10 В, ЭДС на LC = 7,0243 В.

Напряжение на индуктивности L в RL-цепи опережает напряжение на сопротивлении R на (360⁰ × 0,0008)/0,0063 = 45,71⁰ , где Т=1/159,155=0,0063 с - период при выбранной частоте колебаний, Т2-Т1=0,0008 с – отставание (см. рис. 3).

Рис. 3. Осциллограммы напряжений на R и L, позволяющие определить разность между ними

Согласно заданию, полученному от преподавателя, будем увеличивать частоту источника переменной ЭДС с шагом 160 Гц, и результаты заносить в таблицу 2.

F, Гц	UXL, В	Br, град.
	7,0043
	4,4073
	3,1102
	2,3843
	1,9274
	1,6151
	1,3890
	1,2184

Таблица 2. Результаты измерения падения напряжения U_XL и рассчитанных фазовых соотношений.

Рис. 4. Графики зависимости U_XL и B_r от частоты источника переменного тока F

Вывод: В ходе данного эксперимента мы подтвердили обратно пропорциональную зависимость между частотой переменного тока и падением напряжения (см. таблицу 2) и также удостоверились, что угол, при расчете фазовых соотношений, растет до 90^о.

Далее, согласно заданию, составим RC-цепь, макет которой изображен на рис. 4.

Рис. 5. Последовательная RC-цепь

Для RC-цепей справедливы следующие соотношения:

Изменяя значения частоты источника переменного тока, данные занесем в таблицу 3.

F, Гц	UXL, В	Br, град.
	7,1340
	4,5322
	2,4631
	1,1140	0,8
	0,432	0,2

Таблица 3. Результаты измерения падения напряжения U_XL и рассчитанных фазовых соотношений.

Рис. 6. Графики зависимости U_XL и B_r от частоты источника переменного тока F

Вывод: Как видно из таблицы, в RC-цепи при уменьшении частоты источника переменного тока, напряжение также уменьшается, т.е. зависимость прямо пропорциональная.