Краткие сведения о программе TINA-8 TINA-8 является мощным инструментом для моделирования аналоговых и цифровых схем, позволяет проводить исследование схем при изменении параметров, оптимизацию, выполнять частотный и спектральный анализ, исследовать переходные характеристики и т. д. <...> Удобно исследовать переходные характеристики цепей и получать их в виде графиков. <...> Выбрав в главном меню Analysis — Transient Analysis, можно провести анализ переходных характеристик, регистрировать графики и получить в редакторе уравнений аналитическое выражение отклика. <...> Элементы, структура и основные законы электрических цепей Идеальные пассивные элементы — резистор R [Ом], индуктивность L [Гн], емкость С [Ф] (рис. <...> Идеальный источник напряжения (a), идеальный источник тока (б) и их ВАХ Для емкости на постоянном токе du/dt = 0. <...> Идеальные активные элементы (источники энергии) это идеальный источник напряжения E и идеальный источник тока J. <...> Источник напряжения с последовательным внутренним сопротивлением можно заменить на эквивалентный источник тока с параллельным внутренним сопротивлением при условии, что характеристики. <...> Схема линейной цепи постоянного тока Электрическая цепь постоянного тока является линейной, если все ее элементы имеют линейные вольт-амперные характеристики. <...> 1.4 показана схема линейной электрической цепи постоянного тока. <...> Полный отчет о всех напряжениях и токах в схеме можно получить, набрав в главном меню Analysis-DC Analysis — Table of DC results (рис. <...> Метод эквивалентного генератора, согласование нагрузки с генератором В схеме рис. <...> Такой расчет проще сделать методом эквивалентного генератора. <...> Затем найдем входное сопротивление Rbcвх схемы относительно точек bc. <...> Заменим цепь с нагрузкой R2 эквивалентным генератором (рис. <...> 1.5 найти ток нагрузки I2 и мощность в нагрузке методом эквивалентного генератора. <...> При расчете входного сопротивления Rbcвх источник тока Рис. <...> В открывшемся окне Optimization — Target Setting выбираем DC Goal Function (рис. <...> Нарисуйте <...>
Электротехника_и_электроника._Компьютерный_лабораторный_практикум_в_программной_среде_TINA-8._Учебное_пособие_для_вузов.__(1).pdf
УДК 621.3.01+621.38
ББК 31.21+32.85
А49
Р е це нз ент ы : профессор
Алехин В. А.
; доцент
А49 Электротехника и электроника. Компьютерный лабораторный
практикум в программной среде TINA-8. Учебное пособие
для вузов. – М.: Горячая линия – Телеком, 2014. – 208 с.: ил.
ISBN 978-5-9912-0380-7.
Изложены основные разделы дисциплины «Электротехника и электроника».
Приведено описание четырнадцати лабораторных работ.
Каждая работа сопровождается теоретическим материалом в форме
конспективного изложения основных разделов лекций, примерами
расчетов и моделирования электрических цепей и электронных схем,
расчетными домашними заданиями по обработке экспериментальных
результатов. Компьютерный лабораторный практикум построен на
базе современного программного комплекса TINA-8 компании Texas
Instruments, упрощенную студенческую версию которого можно свободно
получить на сайте http://www.ti.com/tool/tina-ti, и предназначен
для формирования навыков, умений и компетенций в расчетах и
экспериментальных исследованиях электрических цепей и электронных
схем. Пособие может быть использовано как при традиционных,
так и дистанционных технологиях обучения студентов.
Для студентов, изучающих дисциплины «Электротехника и электроника»,
«Общая электротехника и электроника», «Общая электротехника»,
«Теоретические основы электротехники», «Электротехника».
ББК 31.21+32.85
Учебное издание
Алехин Владимир Александрович
Электротехника и электроника. Компьютерный лабораторный
практикум в программной среде TINA-8
Компьютерная верстка Ю. Н. Чернышова
Обложка художника О. В. Карповой
Подписано в печать 22.12.2013. Формат 60×88/16. Уч. изд. л. 13. Тираж 500 экз.
ООО «Научно-техническое издательство «Горячая линия –Телеком»
ISBN 978-5-9912-0380-7
© В. А. Алехин, 2014
© Издательство «Горячая линия – Телеком», 2014
Р.
Н.
Г. Анищенко
М. Закалюкин
Адрес
издат
е
л
ь
ст
ва
в
И
н
т
е
рн
ет
WWW.TE
CH
BO
OK
.RU
У
ч
ебное пособие
Стр.2
Оглавление
Введение. Краткие сведения о программе TINA-8 . . . .
ЧАСТЬ 1. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
Глава 1. Линейные электрические цепи постоянного тока . . . 10
1.1. Элементы, структура и основные законы электрических
цепей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.2. Расчет цепи методом контурных токов (МКТ). . . . . . . . . . 13
1.3. Расчет методом узловых напряжений (МУН). . . . . . . . . . . 13
1.4. Делитель напряжения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.5. Делитель токов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.6. Баланс мощности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.7. Метод эквивалентного генератора, согласование нагрузки
с генератором . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.8. Вопросы для самопроверки и задания для подготовки к
лабораторной работе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.9. Лабораторная работа № 1. Исследование линейной электрической
цепи постоянного тока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
16
21
21
Глава 2. Электрические цепи переменного тока . . . . . . . . . . . . . 26
2.1. Символический метод расчета . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.2. Мощность в цепи гармонического тока . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.3. Расчет цепи методом двух узлов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4. Вопросы для самопроверки и подготовки к лабораторной
работе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.5. Лабораторная работа № 2. Исследование цепей переменного
тока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
28
36
36
Глава 3. Электрические цепи с магнитно-связанными катушками
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.1. Краткие теоретические сведения и расчет неразветвленных
цепей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2. Составление уравнений для сложных цепей с магнитными
связями . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3. Развязка магнитно-связанных цепей . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
44
47
49
3.4. Линейный трансформатор . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3.5. Энергетические соотношения в трансформаторе . . . . . . . 53
3.6. Определение параметров магнитно-связанных катушек 53
3.7. Измерение сопротивления магнитной связи . . . . . . . . . . . . 54
3.8. Вопросы для самопроверки и подготовки к лабораторной
работе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
54
3.9. Лабораторная работа № 3. Исследование электрических
цепей, содержащих магнитно-связанные катушки . . . . . . 55
Стр.206
Оглавление
Глава 4. Линейные пассивные четырехполюсники . . . . . . . . . .
4.3. Лабораторная работа № 4. Исследование четырехполюсника
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.1. Законы коммутации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
207
58
4.1. Краткие теоретические сведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
4.2. Вопросы для самопроверки и подготовки к лабораторной
работе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
62
63
Глава 5. Переходные процессы в линейных электрических цепях
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
5.2. Классический метод расчета переходных процессов . . . . 70
5.3. Операторный метод расчета переходных процессов . . . .
68
73
5.4. Включение гармонической ЭДС в RLC-цепь . . . . . . . . . . . 77
5.5. Дифференцирующие и интегрирующие цепи . . . . . . . . . . . 79
5.6. Переходные и импульсные характеристики . . . . . . . . . . . . . 80
5.7. Вопросы для самопроверки и задания для подготовки к
лабораторной работе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
80
5.8. Лабораторная работа№5. Исследование переходных процессов
в цепях с сосредоточенными параметрамиR, L, C 81
Глава 6. Трехфазные электрические цепи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
6.1. Краткие теоретические сведения и методы расчета . . . .
6.2. Вопросы для самопроверки и подготовки к лабораторной
работе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.3. Лабораторная работа № 6. Исследование трехфазных
электрических цепей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ЧАСТЬ 2. ЭЛЕКТРОНИКА
Глава 7. Исследование полупроводниковых диодов, стабилитронов
и тиристоров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
7.1. Теоретические сведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.3. Лабораторная работа № 7. Исследование полупроводниковых
диодов, стабилитронов и тиристоров . . . . . . . . . . . .
92
7.2. Вопросы для самопроверки и подготовки к лабораторной
работе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
99
Глава 8. Нелинейные цепи постоянного тока . . . . . . . . . . . . . . . . 107
8.1. Краткие теоретические сведения и методы расчета нелинейных
цепей постоянного тока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
8.2. Вопросы для самопроверки и задания для подготовки
к лабораторной работе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
8.3. Лабораторная работа № 8. Исследование нелинейных
электрических цепей постоянного тока . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
Глава 9. Выпрямители на полупроводниковых диодах . . . . . . 116
9.1. Краткое теоретическое введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
87
89
90
Стр.207
208
Оглавление
9.2. Вопросы для самопроверки и подготовки к лабораторной
работе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
9.3. Лабораторная работа № 9. Исследование выпрямителей
на полупроводниковых диодах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
Глава 10. Исследование характеристик биполярного транзистора
и усилителя на биполярном транзисторе . . . . . . . . . . . . . . . . 127
10.1. Теоретические сведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
10.2. Вопросы для самопроверки и подготовки к лабораторной
работе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
10.3. Лабораторная работа № 10. Исследование характеристик
биполярного транзистора и усилителя на биполярном
транзисторе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
Глава 11. Исследование характеристик полевого транзистора
и усилителя на полевом транзисторе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
11.1. Теоретическое введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
11.2. Вопросы для самопроверки и подготовки к лабораторной
работе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
11.3. Лабораторная работа№11. Исследование характеристик
полевого транзистора и усилителей на полевом транзисторе
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
Глава 12. Электрические цепи с операционными усилителями 156
12.1. Теоретическое введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
12.2. Вопросы для самопроверки и подготовки к лабораторной
работе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
12.3. Лабораторная работа № 12. Электрические цепи с операционными
усилителями . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
Глава 13. Автогенераторы гармонических колебаний . . . . . . . 175
13.1. Теоретическое введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
13.2. Вопросы для самопроверки и подготовки к лабораторной
работе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
13.3. Лабораторная работа № 13. Исследование автогенератора
гармонических колебаний . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
Глава 14. Цифровые микросхемы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
14.1. Краткие теоретические сведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
14.2. Вопросы для самопроверки и подготовки к лабораторной
работе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
14.3. Лабораторная работа№14. Исследование цифровых микросхем
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
Стр.208