5.1. Рассчитать законы изменения тока iвх(t) и напряжения uвых(t) частотным методом, представив напряжение uвх(t) = u4(t) в виде ряда Фурье до 5-й гармоники:uвх(t) = S (4 Um / kp) sinkwt, где k – целое нечетное число.

5.2. Построить графики uвх(t) = u4(t), uвх(t), iвх(t), uвых(t) в одном масштабе времени один под другим, где uвх(t), iвх(t),и uвых(t) - суммарные мгновенные значения.

5.3. Определить действующие значения uвх(t), iвх(t),и uвых(t), а также активную мощность, потребляемую четырехполюсником, коэффициенты искажения iвх(t), uвых(t). Сделать выводы.

5.4. Заменить несинусоидальные кривые uвх(t), iвх(t) эквивалентными синусоидами и построить их графики.

   Цель курсовой работы – закрепить теоретический материал, научить студентов приемам и методам познавательной деятельности, умению обобщать и вырабатывать навыки творческого мышления и самостоятельно работы.

ОПИСАНИЕ СХЕМЫ

   Предметом курсовой работы является исследование электрической цепи, структурная и функциональная схемы которой показаны на рис. 1 и 2 соответственно. Схемы активного двухполюсника – источника гармонических колебаний (ИГК), четырехполюсника и параметры их элементов выдаются преподавателем по вариантам в виде раздаточного материала.

   Схема источника гармонических колебаний состоит из источников ЭДС и тока одинаковой частоты и пассивных элементов разного характера, соединенных определенным образом (см. рис. 2).

Рис.1 Структурная схема электрической цепи

   Роль первичной обмотки линейного трансформатора (ТР) выполняет одна из индуктивностей Ln, входящих в состав источника. При этом последовательно с индуктивностью не должен быть включен источник тока, и ток в этой ветви не равен нулю, например, L₃ на рис. 2. Если в схеме нет такой индуктивности, то ее нужно создать, включив в любую ветвь без источника индуктивность 100мГни ескость 10мкФ. Установивши йся режим в схеме источника от этого не нарушится. Линейный(воздушный) трансформатор имеет две вторичные обмотки L₈ и L_9.

Рис.2 Функциональная схема цепи

   Напряжение  вторичной обмотки  ТР подается на вход повторителя, собранного на операционном усилителе (ОУ) DA1. Ориентировочные параметры такого усилителя следующие: , , , , где  — коэффициент усиления по напряжению, а  — верхняя рабочая частота. Часто такой ОУ используется не для получения усилительного эффекта, а для предания электрическим цепям особых свойств, получить которые без него сложно или невозможно. Для работы ОУ к нему необходимо подвести постоянное питающее напряжение . Цепи питания на схемах обычно не изображают.

  В большинстве практических расчетов характеристики ОУ идеализируют. При этом считают, что входная проводимость и выходное сопротивление равны нулю, а коэффициент усиления имеет бесконечно большое значение. Выходное напряжение повторителя , мощность входного сигнала равна нулю, а мощность выходного может принимать любое значение в зависимости от нагрузки — это не противоречит закону сохранения энергии, так как она обеспечивается источником питающего напряжения ОУ.

  Напряжение  со вторичной обмотки  ТР подается на инвертирующий вход компаратора — порогового элемента, преобразующего гармоническое (синусоидальное) колебание в разнополярные импульсы прямоугольной формы:  при ,  при . Компаратор собран на ОУ DA2 с разомкнутой отрицательной обратной связью (ООС). В цепи без ООС коэффициент усиления ОУ оказывается чрезвычайно большим и синусоидальный сигнал преобразуется в прямоугольный. Следует обратить внимание, что напряжения  и  находятся в противофазе, а напряжению  соответствует .

   Токи во вторичных обмотках трансформатора ТР для идеальных ОУ  ( ) равны нулю, поэтому нагрузка трансформатора никакого влияния на активный двухполюсник не оказывает.

   Переключатель Кл позволяет подключить заданную схему четырехполюсника либо к выходу повторителя, либо к выходу компаратора. Переключение из одного положения в другое происходит мгновенно. В исходном (начальном) состоянии переключатель Кл находится в положении 1 (см. рис. 2). Изменение положения переключателя вызывает в схеме четырехполюсника изменение режима работы и возникновение переходного процесса.

Условие задания:

Рис.3 Схема источника гармонических колебаний (ИГК)

Исходные данные:

L₁ = 400 мГн

C₁ = 10/3 мкФ

C₂ = 10 мкФ

r₃ = 0 Ом

L₃ = 200 мГн

C₃ = 2 мкФ

r₄ = r₅= 100 Ом                                     

r₆ = 50 Ом

L₆ = 50 мГн