Расчет отклика цепи интегралом Дюамеля

2 Расчет отклика цепи интегралом Дюамеля

График входного воздействия U(t) показан на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1- График входного воздействия

Восстанавливаем функцию U(t) по графику при помощи формулы для прямой, проходящей через 2 точки:

(2.1)

Подставляем значения из графика, выражаем U(t) из уравнения и получаем:

(2.2)

Для расчета отклика цепи y(t) воспользуемся интегралом Дюамеля:

(2.3)

где U₁(x) – входное воздействие, U₁(x)=U(t), если x=t.

Подставляем выражения для U₁(x) и для h(t) в (2.3):

Окончательное выражение для отклика цепи на воздействие U(t):

(2.4)

Таблица 2.1 - Мгновенные значения отклика цепи

t, мкс	0	1	2	5	10	15	20	25
i4(t), мА	0	7.91	18.02	57.85	142.3	236.6	334.5	433.7

График y(t) приведен на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2- График отклика цепи

3 Расчет частотных характеристик схемы операторным методом

Найдём ОПФ цепи как отношение изображения отклика I₄(p) к изображению воздействия U₁(p):

(3.1)

Применяя формулу разброса токов, находим отклик в операторном виде:

Тогда операторная характеристика:

(3.2)

Заменяя в (3.2) комплексную переменную p на jw, получаем КПФ цепи:

(3.3)

(3.4)

Для определения АЧХ находим модуль КПФ:

(3.5)

(3.6)

Для определения ФЧХ находим аргумент КПФ:

(3.7)

(3.8)

Таблица 1.1-Мгновенные значения H(f) и .

f, кГц	0	5	10	25	50	100	150	200
H(f)	0.033	0.033	0.032	0.027	0.019	0.011	0.007	0.005
, град	0	-15.78	-29.47	-54.71	-70.51	-79.96	-83.27	-84.94

Графики АЧХ и ФЧХ приведены на рисунках 3.1 и 3.2 соответственно.

Рисунок 3.1- График АЧХ

Рисунок 3.2- График ФЧХ

4 Связь между частотными и временными характеристиками

Установим связь между частотными и временными характеристиками цепи, для чего найдём их граничные значения при .

Из полученных значений делаем вывод, что

5 Расчет временных характеристик цепи операторным методом

Для расчета h(t) воспользуемся тем, что ОПФ соответствует изображению импульсной характеристики. Преобразуем H(p), найденное в (3.2):

Восстановим оригинал h(t) из данного изображения:

Окончательная формула для h(t) соответствует выражению (1.8):

(5.1)

Изображение переходной характеристики определяется формулой:

(5.2)

Разложим последнюю дробь на простые:

Найдём оригинал G(p):

Окончательная формула для g(t) соответствует выражению (1.6):

(5.3)

6 Расчет отклика цепи операторным методом

Из формулы для ОПФ (3.1) выражаем изображение отклика I₄(p):

(6.1)

Определяем изображение воздействия U₁(t):

Подставив в (6.1) требуемые формулы, получим:

Для нахождения оригинала, разложим дроби в последней формуле на простые:

Восстанавливаем оригинал отклика:

Подставляем числовые значения в i₄(t) и упрощаем:

Окончательная формула для i₄(t) соответствует y(t) выражения (2.4):

(6.2)

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

В процессе расчета курсовой работы проанализировали схему цепи первого порядка в частотной и временной областях.

Обобщая полученные результаты и анализируя АЧХ цепи можно сделать вывод, что исследуемая схема — фильтр низкой частоты.

В результате выполнения работы усвоили классический и операторный методы анализа цепей. Сравнение результатов обоих методов показывает, что расчеты выполнены верно. Также было установлена связь между временными, и частотными характеристиками.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

1)Волощук Ю.И. Сигналы и процессы в радиотехнике: Учебник для студентов высших учебных заведений в 4-ч т.- Харьков: Компания Смит, 2003. – Т. 1:580 с.

2) Методичні вказівки до розрахункових завдань з курсів «Теорія електричних кіл», «Основи теорії кіл» для студентів спеціальності «Радіотехніка» / Упоряд.: Л.В. Грінченко, І.О. Мілютченко.– Харків: ХТУРЕ, 1999 – 44 c.

3) Конспект з лекцій «Основи теорії кіл», Ч. 1 /Упоряд.: Л.В. Гринченко, І.В. Мілютченко – Харків: ХНУРЄ, 2002. – 92 с.

4) Конспект з лекцій «Основи теорії кіл», Ч. 2 /Упоряд.: Л.В. Гринченко, І.В. Мілютченко – Харків: ХНУРЄ, 2002. – 116 с.