Материал: Ответы на контрольные вопросы

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ ИМ. ПРОФ. М.А. БОНЧ-БРУЕВИЧА»

(СПбГУТ)

Ответы на контрольные вопросы в лабораторных работах №1, №2, №3, №5, №6 и №1 (часть 2)

Выполнили студенты ИКТ-04 (Бригада №2):

Инкин Георгий

Максимова Дарья

Святослав Горбунов

Моисеев Данила

Любимова Ксения

Егоров Никита

Приходько Артем

Преподаватель: Кубалова А.Н.

1. Исследование нагрузочных характеристик генератора с резистивным внутренним сопротивлением.

Контрольные вопросы

1. При каких условиях генератор электрической энергии можно считать источником напряжения, а при каких – источником тока?

При любых условиях в рабочем состоянии он является источником и того и другого (Без нагрузки это ток утечки.). Когда вращается генератор, на его выводах образуется ЭДС-напряжение. Если нагрузить выводы любым сопративлением, потечёт ток. Внутреннее сопротивление =0 :генератор напряжения. И противно = бесконечности - генератор тока. Чему учат или хотят ли учится? Холостой ход - источник напряжения (почти идеальный источник ЭДС) короткое замыкание - источник тока.

2. При каких условиях электрические цепи можно считать эквивалентными?

Эквивалентным называется преобразование, при котором напряжения и токи в частях схемы, не подвергшихся преобразованию, не меняются

3. Как пересчитать генератор с источником напряжения в эквивалентный ему генератор с источником тока и наоборот?

Определяем внутренее сопротивление генератора относительно участка цепи, где необходимо определить ток. Для этого источники ЭДС закорачиваются, а источники тока - разрываются Для эквивалентного генератора напряжения рассчитываем напряжение холостого хода, то есть напряжение на том участке, который рассматриваем. Для эквивалентного генератора тока находим ток короткого замыкания, закоротив исследуемый участок. В обоих случаях можно применять любой известный метод. Находим искомый ток по соответствующей формуле

4. Какой режим работы генератора называется согласованным? Чем он характерен?

Согласованным называется режим, при котором мощность, отдаваемая источником или потребляемая приемником, достигает максимального значения. Это возможно при определенном соотношении (согласовании) параметров электрической цепи, откуда и вытекает название данного режима.

5. Как экспериментально определить параметры генератора с резистивным внутренним сопротивлением: задающее напряжение U0, задающий ток I0, внутренне сопротивление Ri?

Включить две разные нагрузки, измерить ток и напряжение, в первом и во втором случае и решить систему уравнений.

2. Исследование линейной резистивной цепи. Метод наложения Контрольные вопросы

1. Сформулируйте законы Кирхгофа.

Первый закон Кирхгофа. Формулировка: Сумма всех токов, втекающих в узел, равна сумме всех токов, вытекающих из узла.

Второй закон Кирхгофа. Формулировка: алгебраическая сумма ЭДС, действующих в замкнутом контуре, равна алгебраической сумме падений напряжения на всех резистивных элементах в этом контуре.

2. Сколько линейно-независимых уравнений можно составить по первому и второму закону Кирхгофа?

Число линейно-независимых уравнений, составляемых по первому закону Кирхгофа.

N1= Ny-1

Ny- кол-во узлов

Число линейно-независимых уравнений, составляемых по второму закону Кирхгофа.

N2= Nв-N1-Nист

Nв- кол-во ветвей

Иист- кол-во источников тока

3. Сформулируйте принцип наложения. Какие цепи подчиняются этому принципу?

Ток (напряжение) на участке цепи, в которой действуют несколько независимых источников ЭДС и тока, равен алгебраической сумме токов (напряжений), вызываемых каждым из этих источников в отдельности.

Метод наложения используется как для расчёта цепей постоянного тока, так и для расчёта цепей переменного тока.

4. Какой порядок расчета линейных электрических цепей методом наложения?

Порядок расчета

1 – Составление частных схем, с одним источником ЭДС, остальные источники исключаются, от них остаются только их внутренние сопротивления. 2 – Определение частичных токов в частных схемах, обычно это несложно, так как цепь получается простой. 3 – Алгебраическое суммирование всех частичных токов, для нахождения токов в исходной цепи.

3. Исследование режима гармонических колебаний в последовательном rc-контуре Контрольные вопросы

1. Какие токи и напряжения называются гармоническими? Какими параметрами они характеризуются?

Гармоническими называются сигналы, ток и напряжение которых изменяются во времени по закону косинуса (или синуса):

где   — амплитуды тока и напряжения,

 — угловая частота,

 — начальные фазы тока и напряжения.

Угловая частота   определяется через период и частоту колебаний

 рад/с

где   — частота (Гц) .

2. Что называют действующим значением периодического колебания? Чему равно действующее значение гармонического тока или напряжения?

Действующее значение гармонического тока i численно равно такому постоянному току I , который за время равное периоду Т в том же сопротивлении R выделяет такое же количества тепла W.

Действующее значение периодического колебания равно среднему квадратическому значению за период колебания

 .

3. Какими соотношениями связаны амплитуды (действующие значения) гармонических тока и напряжения на резистивном сопротивлении, индуктивности, емкости?

i (t)= u(t)/ R= (U_m/ R) Sin (w t+y _u)

или i (t)= I_m Sin (w t+y i ), где I_m= U_m/ R и y i =y _u.

4. Что называют векторной диаграммой цепи?

Ве́кторная диагра́мма — графическое изображение меняющихся по закону синуса (косинуса) величин и соотношений между ними при помощи направленных отрезков — векторов. Векторные диаграммы широко применяются в электротехнике, акустике, оптике, теории колебаний и так далее.

4. Компьютерный анализ частотных характеристик разветвленных rc и rl цепей с использованием программы fastmean Контрольные вопросы

1. Что называется комплексной передаточной функцией цепи H(j)?

Передаточная комплексная функция (коэффициент передачи, системная функция) цепи определяет реакцию цепи на внешнее воздействие и равна отношению выходной величины (напряжение, ток) к входной величине (напряжение, ток), выраженных в комплексной форме. Предполагается, что в цепи действует одно внешнее воздействие, т. е. цепь содержит один источник воздействия, а другие независимые источники напряжения или тока отсутствуют или не действуют.

2. Дайте определение амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик цепи. Как они связаны с комплексной передаточной функцией?

Амплитудно-частотная характеристика цепи показывает зависимость уровня сигнала на выходе данного устройства от частоты передаваемого сигнала при постоянной амплитуде синусоидального сигнала на входе этого устройства.

Фазо-частотная характеристика – это зависимость сдвига по фазе между синусоидальными сигналами на входе и выходе устройства от частоты входного колебания.

Зависимость модуля передаточной функции K(ω) от частоты называется амплитудно — частотной характеристикой (АЧХ), зависимость аргумента передаточной функции ψ(ω) — фазо-частотной характеристикой (ФЧХ).

3. Что называют полосой пропускания цепи? Как ее найти по графику АЧХ?

Полосу пропускания контура обычно оценивают как диапазон частот, в пределах которого резонансная кривая (например, входная проводимость Х(со)) превышает уровень 1 /Л = 0,707 максимального значения.

Полосу пропускания колебательного контура можно найти из частотных характеристик, отмечая граничные частоты, по уровню 1/v2 от максимума модуля амплитудной характеристики для последовательного колебательного контура или максимума сопротивления для параллельного контура. Можно также измерить полосу пропускания резонатора по фазово-частотной характеристике электрического импеданса как разность между частотами, соответствующими сдвигу фаз ±45° от фазы в точке резонанса.

4. Как найти реакцию цепи на гармоническое воздействие, если известна комплексная передаточная функция цепи H(j)?

Для анализа цепей при гармоническом внешнем воздействии практически всегда применяется метод комплексных амплитуд. Комплексная амплитуда – величина, несущая информацию об амплитуде и начальной фазе гармонического колебания. Законы Кирхгофа формулируются не только для мгновенных значений токов и напряжений, но и для комплексных амплитуд и комплексных действующих значений токов и напряжений.

В рамках метода комплексных амплитуд участок цепи можно характеризовать его комплексным сопротивлением (закон Ома в комплексной форме).

5. Во сколько раз изменится выходная мощность цепи при уменьшении АЧХ в sqrt(2) раз?

ответ: уменьшится в 2 раза

5. Компьютерный анализ частотных характеристик последовательного колебательного контура с использованием программы fastmean

1. Что называется резонансом?

Резонанс — явление, при котором индуктивное и емкостное сопротивления равны.

2. Что называется резонансной частотой, характеристическим сопротивлением, полосой пропускания, добротностью контура? Как сопротивление потерь контура влияет на эти величины?

Резонансная частота — частота, при которой наблюдается резонанс. Характеристическое сопротивление — индуктивное или емкостное со

Полоса пропускания — постоянный диапазон частот, на котором затухание не превышает определенный предел.

Добротность — параметр, характеризующий во сколько раз запасы энергии в системе больше, чем ее потери за время изменения фазы на 1 радиан.

При появлении сопротивления потерь добротность уменьшается, полоса пропускания увеличивается, характеристическое сопротивление не изменяется.

3. Почему резонанс в последовательном контуре называют резонансом напряжений? Какими будут напряжения на элементах контура при резонансе? Поскольку при резонансе в последовательном контуре входное сопротивление будет минимальным, то мощность будет максимальна. Напряжения на индуктивности и емкости будут в Q раз больше входного.

4. Чему равно сопротивление последовательного контура при резонансе?

Сопротивление контура при резонансе будет минимальным.

5. При каких значениях добротности Q колебательный контур считается высокодобротным? Контур считается высокодобротным при Q > 20.

6. В чем отличие амплитудно-частотных характеристик 1 ( ) C C U H j U   и 1 ( ) L L U H j U   последовательных колебательных RLC контуров низкой и высокой добротности?

В контуре высокой добротности значения АЧХ емкости и индуктивности будут выше, чем в контурах низкой добротности.

7. Как ширина полосы пропускания контура зависит от его добротности?

Ширина полосы пропускания обратно пропорциональна добротности.