Сучасна радіоелектроніка стала одним з найважливіших інструментів науково-технічного прогресу і розвивається зростаючими темпами. Радіоелектронна апаратура (РЕА) настільки складна, що досягнення високих показників можливо тільки в умовах найвищої виробничої культури, на основі новітніх технологій, при комплексній механізації і автоматизації виробництва. У зв'язку з цим істотно зросли роль і відповідальність інженера конструктора-технолога РЕА.
Робота будь-якої РЕА може розглядатися на двох рівнях: алгоритмічному (програмному) і фізичному. На першому охоплюється сукупність перетворень і дій, що виконуються РЕА, з сигналами, що поступають, а на другому - електричні схеми і конструкції, що реалізовують даний алгоритм.
Радіоелектроніка - одна з областей науки і техніки, що найбільш швидко розвиваються і широко вживаних. Вона утворилася в результаті синтезу радіо, радіотехніки, електроніки.
Радіо (від лат. rado - випромінюю промені) - технічні засоби радіозв'язку, зокрема призначені для віщання радіопрограм.
Радіотехніка - область науки, що досліджує генерацію, випромінювання і прийом електромагнітних коливань і хвиль радіочастотного діапазону, а також область техніки, що займається розробкою, виготовленням і застосуванням пристроїв і систем, що генерують, випромінюючих і таких, що приймають електромагнітні коливання і хвилі радіочастотного діапазону.
Розвиток радіотехніки безпосередньо пов'язаний з розвитком її елементної бази, яка в основному визначається досягненнями електроніки - області науки і техніки, що досліджує і практично використовує явища руху носіїв електричного заряду, що відбуваються у вакуумі, газах, рідинах і твердих тілах.
Радіоелектроніка вирішує проблеми, зв'язані із застосуванням радіохвиль і явищ руху електричного заряду для передачі, прийому і обробки електричних сигналів. Сучасну радіоелектроніку застосовують в системах радіозв'язку, радіомовлення, телебачення, радіолокації, радіонавігації, радіоуправління, радіовимірів, радіотелеметрії. Радіоелектронну апаратуру широко використовують в медицині, на різних промислових підприємствах і в наукових дослідженнях, зокрема в космічних.
На відміну від радіоелектроніки і оптоелектроніки акустоелектроніка користується не електромагнітними хвилями, а пружними - акустичними хвилями. Та особливість, що пружні хвилі розповсюджуються значно повільніше, ніж електромагнітні, дозволяє успішно застосовувати акустоелектроніку при розробці специфічних функціональних вузлів, таких, як лінії затримки, фільтри і ін. [1].
1. Розширене технічне завдання1.1 Початкові даніРисунок 1.1 - Варіант схемиТаблиця 1.1 - Варіант завдання
№
J,
A
E1,
B
E2,
B
E3,
B
E4,
B
R1,
Ом
R2,
Ом
R3,
Ом
R4,
Ом
R5,
Ом
R6,
Ом
31
2
7
10
7
20
94
40
120
30
6
56
Таблиця 1.2 - Варіант завдання
№
E, B
?E, рад
f, Гц
R4, Oм
R1, Oм
L1, мГн
L2, мГн
C1, мкФ
R3, Oм
L4, мГн
C3, мкФ
M, мГн
R2,
Oм
1
70
?/3
500
3
15
10.13
4
10
6
2
40
0.8
5
2. Розрахунок складного електричного кола постійного струму2.1Складання системи рівнянь за законами КірхгофаРисунок 2.1 - Схема складного електричного кола постійного струмуЗа 1 та 2 законами Кірхгофа складемо систему рівноваг кола [2]:2.2 Визначення струмів у всіх вітках схеми методом контурних струмівСкладемо систему рівнянь для методу контурних струмів (рис. 2.2) [3]:Рисунок 2.2 - Схема складного електричного кола постійного струму з визначеними напрямками струмівЗа допомогою програмного продукту Mathcad знайдемо корені даної системи.Розрахуємо струми у вітках даного кола2.3 Визначення струмів у всіх вітках схеми методом вузлових потенціалівРисунок 2.3 - Схема складного електричного кола постійного струму
Нехай .
Складемо систему рівнянь для методу вузлових потенціалів (рис. 2.3):
За допомогою програмного продукту Mathcad знайдемо корені даної системи.
Розрахуємо струми у вітках даного кола
2.4 Перевірка правильності розв'язку
Для перевірки правильності розв'язку підставимо знайдені струми у систему рівнянь складену за законами Кірхгофа.
Як бачимо все сходиться, отже струми знайдені вірно.
2.5 Складання балансу потужності
Розрахуємо споживану колом потужність.
Розрахуємо потежність джерел енергії.
Розрахуємо похибку:
Як бачимо похибка дуже мала, що ще раз засвідчує правильність попередніх розрахунків.
2.6 Визначення струму у другій вітці (І2) методом еквівалентного генератораРисунок 2.4 - Алгоритм реалізації метода еквівалентного генератора напругиа) від'єднання частини схеми для реалізації методу еквівалентного генератора напруги; б) заміна частини схеми, що залишилась на еквівалентне джерело напруги; в) знаходження напруги холостого ходу; г) знаходження еквівалентного опору і струму в гілці mn.Рисунок 2.5 - Заміна частини схеми на еквівалентне джерело напруги.Визначимо напругу холостого ходу кола, що буде дорівнювати ЕРС еквівалентного генератора.Для знаходження 2 розвяжемо ту ж сисстему що і в 2.3 тільки при умові що R2 = ?.Отже напруга холостого ходу буде рівна.Внутрішній опір еквівалентного джерела дорівнює вхідному опору пасивного електричного кола:За формулою обрахуємо значення струм:Як бачимо він збігається зі струмом I2 знайденим в пунктах 2.2 і 2.3 отже розрахунки були виконані вірно.3. Розрахунок розгалуженого електричного кола гармонійного струму3.1 При відсутності магнітного зв'язку між котушками індуктивностіРисунок 3.1 - Схема розгалуженого електричного кола гармонійного струмуРозрахуємо частоту та вхідну дію на коло:Побудуємо еквівалентну схемуРисунок 3.2 - Еквівалентна схема розгалуженого електричного кола гармонійного струмуРозрахуємо комплексні опори:Струми віток кола будуть дорівнювати:Знайдемо напруги кола:Складання балансу активних і реактивних потужностей і перевірка його виконанняОскільки похибка дорівнює 0, то це свідчить про те, що розрахунки виконані вірно.Побудова в масштабі векторної діаграми струмів і напругРисунок 3.3 - Схема кола для побудови векторних діаграмВизначимо струми у вітках для побудови векторної діаграми:Визначимо напруги на кожному елементі для побудови векторної діаграми:Складемо систему рівнянь для побудови векторних діаграмРисунок 3.4 - Векторна діаграма струмівРисунок 3.5 - Векторна діаграма напруг колаПобудова графіків миттєвих значень ЕРС е(t) і струму в вітці джерела і(t) в одних координатних осяхРисунок 3.6 - Миттєві значення ЕРС е(t) і струму в вітці джерела і(t)3.2 При наявності магнітного зв'язку між котушками індуктивностіРисунок 3.7 - Схема розгалуженого електричного кола гармонійного струму при наявності магнітного зв'язку у котушкахЗробимо перетворенняРисунок 3.8 - Перетворена схема розгалуженого електричного кола гармонійного струму при наявності магнітного зв'язку у котушкахСкладання системи рівнянь за законами Кірхгофа в комплексній формі:Розрахунок струмів методом магнітної розв'язки і перевірка правильності розрахункуСкладемо систему рівнянь зважаючи на магнітний зв'язок у котушках і їх паралельне з'єднання та зустрічне включення [5]:Струми віток кола будуть дорівнювати.Підставимо знайдені струми у систему рівннянь складену за законами Кірхгофа.Похибка дуже мала, це свідчить про те, що розрахунки виконані вірно.Визначення напруг вітокСкладання балансу потужностей
Розрахуємо споживану колом потужність [5]:
Розрахуємо потужність джерел енергії:
Як бачимо вони рівні, що засвідчує правильність попередніх розрахунків.
Для уточнення визначимо похибку:
Як бачимо, похибка не значна, значить розрахунки виконані вірно.
4. Моделювання4.1 Виконання моделювання складного електричного кола постійного струмуРисунок 4.1 - Моделювання в Electronics Workbench схеми струму а) б) в) г) д) е)Рисунок 4.2 - Струми у вітках: а) - у першій, б) - у другій, в) - у третій, г) - у четвертій, д) - у п'ятій, е) - у шостійЯк бачимо, струми у вітках співпадають з розрахованими значеннями, виконаними у пунктах 2.2, 2.3, отже, моделювання проведено правильно4.2 Виконання моделювання розгалуженого електричного кола гармонійного струму при відсутності магнітного зв'язку між котушками індуктивностіРисунок 4.3 - Моделювання в Electronics Workbench схеми гармонійного струмуРисунок 4.4 - Осцилограма вхідного і вихідного сигналуВисновкиДля виконання математичних дій я використовував пакет математичних програм Mathcad, для побудови схем - редактор схем SPLAN50, для моделювання - Electronics Workbench, для побудови топографічної схеми - Компас.Навчився складати систему рівнянь за законами Кірхгофа.Навчився визначати різними методами (вузлових потенціалів, контурних струмів) струми в колі. Струми та напруги визначені двома різними методами однакові, що свідчить про правильність розрахунків в обох методах.Навчився складати баланс потужності.Навчився знаходити струми та напруги в колі гармонійного струму при відсутності магнітного зв'язку між котушками та при наявності магнітного зв'язку між котушками.Навчився проводити моделювання електричних схем за допомогою програми Electronics Workbench.Перелік посилань1. Каяцкас А.А. Основы радиоэлектроники: Учеб. пособие для студентов вузов по спец. «Констр. и производство радиоаппаратуры». - М.: Высш. шк., 1988. - 464 с: ил.2. Зернов Н.В., Карпов В.Г. Теория радиотехнических цепей. - 2-изд. перераб. и доп.-Л.:Энергия, 1972. - 426 с.3. Шебес М.Р., Каблукова М.В. Задачник по теории линейных электрических цепей: Учеб.пособ. для электротехнич., радиотехнич. Спец. Вузов. - 4-е изд., перераб. и доп.-М.:Высш.шк., 1990. - 543 с.4. Теорія електричних кіл. Виконання курсової роботи: Навч. пос./ М.О. Куцевол. - Вінниця: ВДТУ, 2003. - 92 с.5. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник для вузов.- М.:Радио и связь, 1986. - 446 с.