Автоматизированный лабораторный практикум с удаленным доступом для исследования электрических цепей (150,00 руб.)

Стр.1

Стр.2

Стр.3

Стр.4

Стр.5

Стр.187

Стр.188

Стр.1

Министерство образования и науки Российской Федерации Сибирский федеральный университет В. И. Вепринцев, А. С. Глинченко В. И. Коваленок, В. А. Комаров АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ С УДАЛЕННЫМ ДОСТУПОМ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ Допущено УМО вузов РФ по образованию в области радиотехники, электроники, биомедицинской техники и автоматизации в качестве учебного пособия для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки 210400 «Радиотехника», 12.05.2011 Красноярск СФУ 2011 1

Стр.2

УДК 621. 31:681. 51(07) ББК 31.277я73 В30 Рецензент Е. Б. Соловьев, д-р техн. наук, проф., зав. каф. теоретических основ электротехники СПб ГЭТУ «ЛЭТИ» Вепринцев, В. И. В30 Автоматизированный лабораторный практикум с удаленным доступом для исследования электрических цепей: учеб. пособие / В. И. Вепринцев, А. С. Глинченко, В. И. Коваленок, В. А. Комаров. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2011. – 188 с. ISBN 978-5-7638-2340-0 Рассмотрены технология, аппаратно-программное и методическое обеспечение автоматизированного лабораторного практикума по экспериментальному исследованию электрических цепей с удаленным многопользовательским доступом к объектам исследования и средствам измерения и моделированию их на ПЭВМ с помощью системы автоматизированного проектирования Altium Designer 6. Практикум включает 13 лабораторных работ по исследованию цепей первого и второго порядка, избирательных (резонансных) цепей и различных электрических фильтров. Рекомендуется студентам и учащимся технических вузов, колледжей, профессиональных училищ и лицеев для использования в лабораторном практикуме дисциплины «Основы теории цепей» и родственных с ней дисциплин – теоретических основ электротехники, общей электротехники, общей электротехники и электроники и др. УДК 621. 31:681. 51(07) ББК 31.277я73 ISBN 978-5-7638-2340-0 2 © Сибирский федеральный университет, 2011

Стр.3

ВВЕДЕНИЕ Среди дисциплин, составляющих основу базовой подготовки специалистов по разработке и эксплуатации современной радиоэлектронной аппаратуры, важное место отводится курсу «Основы теории цепей» (ОТЦ). Содержание его составляют задачи анализа и синтеза электрических цепей и изучение установившихся и переходных процессов в них. Наряду с теоретическим обучением, данный курс предполагает и достаточно большой объем экспериментальных исследований. В соответствии с традиционной технологией они реализуются по схеме: обучаемый – исследуемый лабораторный макет – комплекс используемых измерительных приборов. Очевидно, что техническое обеспечение такого лабораторного практикума является очень затратным, как и его обслуживание и модернизация. Альтернативное решение этой проблемы предлагают современные информационные технологии – сетевые и измерительные, реализуемые системой автоматизированного лабораторного практикума с удаленным доступом (АЛП УД). Ядром системы АЛП УД является общий для всех обучаемых аппаратно-программный комплекс с удаленным многопользовательским сетевым доступом (АПК УД), состоящий из исследуемого автоматизированного лабораторного макета и многофункционального ПЭВМ-измерителя. Такая система и комплекс разработаны в СФУ для экспериментального исследования линейных электрических цепей, изучаемых в дисциплине «Основы теории цепей». Описанию автоматизированного лабораторного практикума с их применением и посвящено данное учебное пособие. Совместно с экспериментальными исследованиями практикум включает также исследования электрических цепей путем моделирования их на ПЭВМ с помощью системы автоматизированного проектирования Altium Designer 6 (AD6). Целями лабораторного практикума являются проверка и закрепление изучаемых в теоретическом курсе физических процессов в линейных электрических цепях и методов их анализа, практическое освоение методов и средств экспериментального исследования и их моделирования, сопоставление и анализ возможных причин расхождения теоретических результатов, результатов физического эксперимента и моделирования. 3

Стр.4

Введение Средствами АПК УД ОТЦ и моделирования на ПЭВМ обеспечиваются лабораторные исследования частотных характеристик линейных электрических цепей и переходных процессов в них при различных видах входных воздействий. Практикум включает 13 лабораторных работ по исследованию цепей первого и второго порядка, избирательных (резонансных) цепей и различных электрических фильтров. Учебное пособие состоит их 3 глав. В главе 1 приводятся общие принципы построения и структуры системы АЛП УД ОТЦ и аппаратно-программного комплекса АПК УД ОТЦ, необходимые для понимания особенностей лабораторных исследований, проводимых с их помощью. Глава 2 посвящена вопросам исследования электрических цепей посредством моделирования на ПЭВМ, выполняемого на основе их математических моделей. Моделирование включает анализ переходных процессов, частотный анализ и параметрический анализ электрических цепей. В главе 3 содержится методическое обеспечение лабораторных работ по исследованию частотных и переходных характеристик электрических цепей. Методическое обеспечение включает организацию исследований в системе АЛП УД ОТЦ, краткие теоретические сведения к работе, задания по подготовке и ее выполнению, методику выполнения, требования к содержанию отчета и контрольные вопросы. Учебное пособие рекомендуется студентам и учащимся технических вузов, колледжей профессиональных училищ и лицеев для использования в лабораторном практикуме дисциплины «Основы теории цепей» и родственных с ней дисциплин – теоретических основ электротехники, общей электротехники, общей электротехники и электроники и др. Авторы выражают благодарность В. И. Сердюку и Д. В. Худоногову за участие в создании и технической поддержке системы АЛП УД «Основы теории цепей». 4

Стр.5

ОГЛАВЛЕНИЕ Введение ........................................................................................................ 3 Глава 1. Принципы построения и состав системы автоматизированного лабораторного практикума с удаленным доступом «Основы теории цепей» ..................................................... 5 1.1. Состав и структура системы АЛП УД ....................................... 5 1.2. Аппаратно-программный комплекс АПК УД ОТЦ .................. 9 1.2.1. Автоматизированный лабораторный макет АЛМ УД ОТЦ ..................................................................................... 9 1.2.2. Комплекс виртуальных измерительных приборов .......... 12 Глава 2. Программно-методическое обеспечение исследования электрических цепей посредством моделирования на ПЭВМ ............................................................................................ 19 2.1. Общая характеристика среды AD6 ............................................ 19 2. 2. Библиотека файлов проектов по моделированию электрических цепей ..................................................................................... 19 2.3. Начало работы в среде AD6. Среда проектирования Design Explorer ......................................................................................... 21 2.4. Редактирование эквивалентных схем замещения .................... 23 2.4.1. Размещение элементов на поле редактора схем .............. 23 2.4.2. Прорисовка связей .............................................................. 27 2.4.3. Цепи и метки цепей ............................................................ 29 2.5. Анализ электрических цепей средствами математического моделирования ............................................................................. 30 2.5.1. Подготовка схемы для моделирования ............................. 30 2.5.2. Анализ переходных процессов .......................................... 32 2.5.3. Частотный анализ ................................................................ 35 2.5.4. Параметрический анализ .................................................... 40 2.5.5. Обработка и сохранение результатов моделирования .... 42 Глава 3. Описание лабораторных работ по исследованию электрических цепей ........................................................................... 44 Лабораторная работа № 1. Исследование простейших цепей переменного тока ................. 47 Лабораторная работа № 2. Исследование последовательного колебательного контура ...... 61 186

Стр.187

Оглавление Лабораторная работа № 3. Исследование параллельного колебательного контура ............. 73 Лабораторная работа № 4. Исследование связанных контуров .............................................. 83 Лабораторная работа № 5. Исследование переходных процессов в RL-цепи ....................... 97 Лабораторная работа № 6. Исследование переходных процессов в RC-цепи ....................... 109 Лабораторная работа № 7. Исследование переходных процессов в цепях второго порядка 117 Лабораторная работа № 8. Исследование характеристик фильтров нижних частот ............ 131 Лабораторная работа № 9. Исследование характеристик фильтров верхних частот ........... 144 Лабораторная работа № 10. Исследование характеристик полосовых и заграждающих фильтров .......................................................................................... 149 Лабораторная работа № 11. Исследование фильтров нижних и верхних частот типа m ....... 158 Лабораторная работа № 12. Исследование характеристик каскадного согласованного соединения звеньев km ФНЧ и ФВЧ ................................................ 169 Лабораторная работа № 13. Исследование характеристик безындукционных фильтров ...... 174 Заключение ................................................................................................... 184 Библиографический список ...................................................................... 185 187

Стр.188