- •Введение
- •Раздел 1 «имитационное моделирование электрон- ных схем в программе «electronics workbench»
- •Глава 1. Интерфейс программы «electronics workbench»
- •§1. Общие сведения
- •§2. Источники питания
- •§3. Пассивные элементы
- •§4. Диоды
- •1. Полупроводниковый диод.
- •§5. Транзисторы
- •§6. Аналоговые микросхемы
- •§7. Измерительные приборы
- •§8. Библиотека Miscellaneous
- •§9. Элементная база
- •Источники тока
- •Источники постоянного тока
- •Источники переменного тока
- •Резисторы
- •Конденсаторы
- •Индуктивные элементы
- •Глава 2. Исследование вах полупроводниковых приборов
- •§1. Исследование вах диодов и стабилитронов
- •§ 2. Исследование вах биполярных транзисторов
- •Глава 3. Схемы на транзисторах
- •§1. Усилитель переменного тока на транзисторе
- •§2. Электропривод постоянного тока на транзисторном ключе
- •Глава 4. Решение типовых электротехниче-
- •§1. Расчёт разветвлённой линейной электрической цепи
- •§2. Расчёт частотных характеристик линейной электрической цепи переменного тока
- •§3. Расчёт нелинейной электрической цепи переменного тока
- •§5. Цепи с управляемыми источниками
- •§6. Применение ewb при проектировании и исследовании электрических фильтров
- •§7. Исследование трёхфазных электрических цепей перемен- ного тока
- •§8. Исследование аналоговых схем на операционных усилителях
- •§9. Исследование дискретных и цифровых схем
- •Глава 5. Практическая работа «моделирование типовых электронных схем в программе «electronics workbench»
- •Раздел 2 «применение программы «mathcad» для ре- шения численных и аналитических задач»
- •Глава 1. Интерфейс программы «mathcad»
- •Глава 2. Простейшие электротехнические расчёты
- •Глава 3. Символьные вычисления с использованием встроенных операторов пакета mathcad
- •§1. Тройной интеграл от заданной функции
- •§2. Преобразование выражения, содержащего комплексную пере- менную
- •§3. Упрощение выражения
- •§4. Разложение выражения по степеням
- •§5. Разложение выражения на множители
- •§6. Разложение выражения по подвыражению с использованием процедуры Collection Subexpression
- •§7. Определение коэффициентов полинома
- •§8. Дифференцирование выражения
- •§9. Интегрирование выражения
- •§10. Решение уравнения
- •§11. Подстановка тождества f1(X) в выражение y(X)
- •§13. Разложение выражения относительно переменной X на эле- ментарные дроби
- •§14. Предел функции
- •Глава 4. Операции с матрицами
- •§1. Вычисление определителя матрицы
- •§2. Транспонирование матрицы
- •§3. Нахождение обратной матрицы
- •Глава 5. Задачи оптимизации
- •Глава 6. Системы линейных алгебраических уравнений
- •Расчёт цепи постоянного тока методами обратной матрицы и Кра- мера
- •Глава 7. Графическое и численное решение системы нелинейных уравнений
- •§1. Графическое определение рабочей точки по внешней ха- рактеристике асинхронного двигателя и нагрузочной характери- стике турбомеханизма
- •§2. Определение параметров рабочей точки по внешней характери- стике асинхронного двигателя и нагрузочной характеристике тур- бомеханизма встроенными средствами MathCad
- •Глава 8. Прямое преобразование лапласа и операторные передаточные функции
- •Глава 9. Обратное преобразование лапласа и переходные функции
- •Глава 10. Построение и анализ частотных характеристик в
- •Глава 11. Разложение в ряд фурье и анализ сигналов в mathcad
- •§1. Гармонический анализ напряжения на выходе трёхфазного мостового выпрямителя
- •§2. Применение гребенчатой и прямоугольной функций для гармонического анализа в MathCad
- •Глава 12. Численное решение дифференциальных уравне-
- •Глава 13. Интерполяция и регрессия экспериментальных данных в mathcad
- •Глава 14.
- •Глава 15.
- •Численных и аналитических задач
- •Программа работы
- •Тема 1. Типовые электротехнические расчёты
- •Тема 2. Символьные вычисления с использованием встроен-
- •Тема 3. Матричная алгебра
- •Тема 4. Задачи оптимизации
- •Тема 5. Решение систем линейных алгебраических уравнений
- •Тема 6. Нелинейные уравнения
- •6.1. Для асинхронного двигателя, приводящего во вращение тур-
- •Тема 7. Преобразование Лапласа и частотные характеристики фнч
- •Тема 8. Ряды Фурье. Разложение и анализ сигналов
- •9 Напряже-
- •Тема 9. Численное решение дифференциальных уравне-
- •Тема 10. Интерполяция экспериментальных данных
- •Тема 11. Регрессия экспериментальных данных
- •Тема 12.
- •Раздел 3 решение типовых электротехнических задач в программе «microsoft office excel»
- •Глава 1. Интерфейс программы «excel»
- •Глава 2. Графическое решение систем уравнений
- •§ 2.1. Постановка задачи
- •§ 2.2. Получение нелинейного уравнения
- •§ 2.3. Численное решение задачи в Excel
- •§ 2.4. Графическое решение системы нелинейных уравнений. Постановка задачи
- •§ 2.5. Получение системы нелинейных уравнений
- •§ 2.6. Численное решение задачи в Excel
- •Глава 3. Расчёт линейных цепей постоянного и переменного тока
- •§3.1. Расчёт цепи постоянного тока методом обратной матрицы
- •§3.2. Расчёт цепи постоянного тока методом Крамера
- •§3.3. Расчёт цепи переменного тока, определение фазы потребляе- мого тока, активной мощности и коэффициента мощности
- •Глава 4. Построение частотных характеристик электро- технических устройств в программе excel
- •Глава 5. Анализ динамики электротехнических устройств в программе excel
- •§5.1. Расчёт методом Эйлера переходного процесса заряда rc-цепи при коммутации на источник постоянного тока
- •§5.2. Расчёт методом Эйлера переходного процесса пуска вхолостую двигателя постоянного тока независимого возбуждения
- •Глава 6. Построение характеристик в программе excel, за- гружаемых из внешних файлов
- •Глава 7.
- •Тема 1.
- •Тема 2. Графическое решение системы нелинейных уравнений
- •Тема 3.
- •Тема 4.
- •Тема 5.
- •Тема 6.
- •Тема 7.
- •Раздел 4 решение двухмерных полевых задач в программе «elcut»
- •Глава 1. Использованию пакета elcut
- •Для выполнения расчётов электрических полей
- •§1. Этапы решения задачи
- •Глава 2.
- •Практическая работа.
- •«Расчет электрических полей электротехниче-
- •Ских устройств при помощи программы «elcut-4.2»
- •Содержание отчёта
- •Библиографический список
Тема 2. Символьные вычисления с использованием встроен-
ных операторов пакета MathCAD
2.1. Упростить выражение с применением встроенного оператора
Simplify. Выражение взять из табл. 2.4
Таблица 2.4
Вариант |
Задание |
1 |
a2 − b2 a + b |
2 |
a2 − b2 a – b |
3 |
a3 + 3 ⋅ b2 ⋅ a + 3 ⋅ b ⋅ a2 + b3 a + b |
4 |
a3 + 3 ⋅ b2 ⋅ a − 3 ⋅ b ⋅ a2 − b3 a – b |
5 |
a4 − 4 ⋅ b3 ⋅ a + 6 ⋅ b2 ⋅ a2 − 4 ⋅ b ⋅ a3 + b4 a3 + 3 ⋅ b2 ⋅ a − 3 ⋅ b ⋅ a2 − b3 |
6 |
a4 + 4 ⋅ b3 ⋅ a + 6 ⋅ b2 ⋅ a2 + 4 ⋅ b ⋅ a3 + b4 a3 + 3 ⋅ b2 ⋅ a + 3 ⋅ b ⋅ a2 + b3 |
7 |
cos ( x )2 + sin ( x )2 |
8 |
x2 − 3 ⋅ x − 4 + 2 ⋅ x − 5 x – 4 |
9 |
e2⋅ln( a ) |
10 |
( a + b) ⋅ ( a + b) ⋅ ( a + b ) |
2.2. Разложить по степеням выражение с применением встроен-
ного оператора Expand. Выражение взять из табл. 2.5.
Таблица 2.5. Начало
Вариант |
Задание |
1 |
( x + 1) ⋅ ( x −1) ⋅ ( x + 2) ⋅ ( x − 2) |
2 |
( x + 3) ⋅ ( x − 3) ⋅ ( x + 2) ⋅ ( x − 2) |
3 |
( x + 1) ⋅ ( x −1) ⋅ ( x + 4) ⋅ ( x − 4) |
4 |
( x + 1) ⋅ ( x −1) ⋅ ( x + 3) ⋅ ( x − 3) |
5 ( x + 4) ⋅ ( x − 4) ⋅ ( x + 2) ⋅ ( x − 2)
Таблица
2.5.
Продолжение
6 |
( x + 1) ⋅ ( x −1) ⋅ ( x + 5) ⋅ ( x − 5) |
7 |
( x + 5) ⋅ ( x − 5) ⋅ ( x + 2) ⋅ ( x − 2) |
8 |
( x + 5) ⋅ ( x − 5) ⋅ ( x + 3) ⋅ ( x − 3) |
9 |
( x + 5) ⋅ ( x − 5) ⋅ ( x + 4) ⋅ ( x − 4) |
10 |
( x + 1) ⋅ ( x − 2) ⋅ ( x + 3) ⋅ ( x − 4) |
2.3. Разложить на множители выражение с применением встроен-
ного оператора Factor. Выражение взять из табл. 2.6.
Таблица 2.6
Вариант |
Задание |
1 |
x4 − 13 ⋅ x2 + 36 |
2 |
x4 + 3 ⋅ x3 − 15 ⋅ x 2 −19 ⋅ x + 30 |
3 |
x4 − x3 − 7 ⋅ x 2 + x + 6 |
4 |
x4 − 10 ⋅ x 2 +9 |
5 |
x4 − 17 ⋅ x 2 +16 |
6 |
x4 − 26 ⋅ x 2 +25 |
7 |
x4 − 29 ⋅ x 2 +100 |
8 |
x4 − 40 ⋅ x 2 +144 |
9 |
x4 − 45 ⋅ x 2 +324 |
10 |
x4 − x3 − 11⋅ x 2 +9 ⋅ x + 18 |
2.4. Разложить выражение по подвыражению, используя процеду-
ру Collection Subexpression. Выражение взять из табл. 2.7.
Таблица 2.7. Начало
11Вариант |
Задание |
1 |
x2 − a ⋅ y2 ⋅ x2 + 2 ⋅ y2 ⋅ x − x + x ⋅ y |
2 |
x2 − a ⋅ y2 − (3 + x ) ⋅ x2 + 2 ⋅ y2 ⋅ x − x + x ⋅ y |
3 |
x2 − a ⋅ y2 − (3 + x ) ⋅ x2 + 2 ⋅ y2 ⋅ x |
4 |
x2 − a ⋅ y 2 ⋅ x2 + 2 ⋅ y 2 ⋅ x − x + x ⋅ ( y − x + x2 ) |
5 |
x2 − (a + x − x2 ) ⋅ y 2 − (3 + x ) ⋅ x2 + 2 ⋅ y 2 ⋅ x |
6 x2 − a ⋅ y 2 ⋅ x2 − x + x ⋅ y
Таблица
2.7.
Продолжение
7 |
x2 − ( a − y ) − a ⋅ y2 ⋅ x2 + 2 ⋅ y2 ⋅ x − x + x ⋅ y x |
8 |
x2 − a ⋅ y2 ⋅ x2 + 2 ⋅ y2 ⋅ x − x ⋅ ( a + y ) + x ⋅ y |
9 |
x2 − a ⋅ y 2 ⋅ x2 + (2 ⋅ y 2 + 1) ⋅ x − x + x ⋅ ( y + 1) |
10 |
x2 − (a ⋅ y 2 + 2) ⋅ x2 + (2 ⋅ y 2 − 3) ⋅ x − x + x ⋅ y |
2.5. Определить коэффициенты полинома, используя встроенную процедуру Coeffs. Выражение взять из табл. 2.8.
Таблица 2.8
Вариант |
Задание |
1 |
( x + a ) ⋅ ( x + b ) ⋅ ( x + c ) ⋅ ( x + d ) |
2 |
( x + a ) ⋅ ( x − b ) ⋅ ( x + c ) ⋅ ( x + d ) |
3 |
( x + a ) ⋅ ( x + b ) ⋅ ( x − c ) ⋅ ( x + d ) |
4 |
( x + a ) ⋅ ( x + b ) ⋅ ( x + c ) ⋅ ( x − d ) |
5 |
( x − a ) ⋅ ( x + b ) ⋅ ( x + c ) ⋅ ( x + d ) |
6 |
( x − a ) ⋅ ( x − b ) ⋅ ( x + c ) ⋅ ( x + d ) |
7 |
( x + a ) ⋅ ( x − b ) ⋅ ( x − c ) ⋅ ( x + d ) |
8 |
( x + a ) ⋅ ( x + b ) ⋅ ( x − c ) ⋅ ( x − d ) |
9 |
( x − a ) ⋅ ( x − b ) ⋅ ( x − c ) ⋅ ( x + d ) |
10 |
( x − a ) ⋅ ( x − b ) ⋅ ( x − c ) ⋅ ( x − d ) |
2.6. Дифференцировать выражение. Выражение взять из табл. 2.9.
Таблица 2.9. Начало
Вариант |
Задание |
1 |
d ( x2 + y 2 ) dx |
2 |
d 2 ( ) a ⋅ x2 + b ⋅ x + c dx2 |
3 2 (
( ) ( ) )
d
dx2
ln x
⋅ x2 + sin 2 ⋅ x
⋅ x + 1
Таблица
2.9.
Продолжение
4 |
d 2 ⎛ x2 ⎞ dx2 ⎜ ln ( x ) ⋅ sin ( x ) + 2 ⋅ x + e ⎟ x
⎝ ⎠ |
5 |
d 3 ⎛ x3 ⎞ ⎜ x2 ⋅ +2 ⋅ + x ⎟ dx3 ⎜ tg ( x ) ⎟ ⎝ ⎠ |
6 |
d 2 ( ) a ⋅ x2 + b ⋅ x + c dx2 |
7 |
d 4 ⎛ 1 ⎞ ⎜ ⋅ x2 + b ⋅ x + c ⎟ dx4 ⎜ ln ( x ) ⎟ ⎝ ⎠ |
8 |
d (e2⋅x + e−2⋅x ) dx |
9 |
d 2 ( ) e2⋅x + e−2⋅x dx2 |
10 |
d 3 ( ( ) ) esin x + e−2⋅x dx3 |
2.7. Интегрировать выражение. Выражение взять из табл. 2.10.
Таблица 2.10. Начало
Вариант |
Задание |
1 |
∫ ∫∫ ( x2 + y 2 + z 2 ) ⋅ dx ⋅ dy ⋅ dz |
2 |
∫ ( 2 + 1) ⋅ dx b x a |
3 |
4 b ∫ π ⋅ x ⋅ dx A |
4 |
sin ( x )3 ∫ cos ( x )5 ⋅ dx |
5 |
sin ( x ) ∫ cos ( x )4 ⋅ dx |
6 |
y 2 ∫ 4 ⋅ dy 1 – y |
7 |
ex − e− x ∫ ex + e− x ⋅ dx |
8 |
∫ e x ⋅ x ⋅ dx |
Таблица 2.10. Продолжение
9 |
∫ ln ( x ) ⋅ x ⋅ dx |
10 |
h r 2 ⋅ x ∫ π ⋅ h ⋅ dx 0 |
2.8. Решить уравнение относительно переменной x и провести при необходимости отделение корней. Уравнение взять из табл. 2.11.
Таблица 2.11
Вариант |
Задание |
1 |
X ∫ cos (t ) ⋅ dt = a 0 |
2 |
a ⋅ x2 + b ⋅ x = −c |
3 |
∑ 2 385 x i = i =1 |
4 |
a ⋅ x3 + b ⋅ x2 + c ⋅ x = 0 |
5 |
sin ( x ) + cos ( x ) = 0 |
6 |
k ⋅ x + b − y = 0 |
7 |
k ⋅ x2 + b − y = 0 |
8 |
e x + 1 + x4 = 0 x3 |
9 |
tg ( x ) + 1 = 0 x |
10 |
1 + 1 = π ln ( x ) x 2 |
2.9. Произвести подстановку тождества f1(x) в выражение y(x), применив оператор Substitute. Выражение y(x) и тождество f1(x) взять из табл. 2.12.
Таблица 2.12
Вариант |
Задание |
1 |
(cos ( x )2 + sin ( x )2 )2 2 2 y ( x ) = , f ( x ) ⇒ cos ( x ) + sin ( x ) = 1 cos ( x ) ⋅ 2!+ sin ( x ) ⋅ 3! 1 |
2 |
(1 + tg ( x )2 )⋅ cos ( x )2 y ( x ) = , f ( x ) ⇒ 1 + tg ( x )2 = 1 sin ( x ) 1 cos2 ( x ) |
3 |
(1 + ctg ( x )2 )⋅ sin ( x )2 y ( x ) = , f ( x ) ⇒ 1 + ctg ( x )2 = 1 cos ( x ) 1 sin 2 ( x ) |
4 |
tg ( x )2 sin ( x ) y ( x ) = ⋅ cos3 ( x ) , f ( x ) ⇒ tg ( x ) = sin ( x )2 1 cos ( x ) |
5 |
ctg ( x )2 cos ( x ) y ( x ) = ⋅ sin 2 ( x ) , f ( x ) ⇒ ctg ( x ) = cos ( x )3 1 sin ( x ) |
6 |
y ( x ) = sin ( x + y ) , sin ( x ) ⋅ cos ( y ) + sin ( y ) ⋅ cos ( x ) f1 ( x ) ⇒ sin ( x ) ⋅ cos ( y ) + sin ( y ) ⋅ cos ( x ) = sin ( x + y ) |
7 |
4 ⋅ cos ( x )2 + 4 ⋅ sin ( x )2 − cos ( x )2 − sin ( x )2 y ( x ) = , cos ( x )2 + sin ( x )2 f ( x ) ⇒ cos ( x )2 + sin ( x )2 = 1 1 |
8 |
cos ( x )2 + 2 ⋅ sin ( x )2 + sin ( x )2 ⋅ tg ( x )2 y ( x ) = , cos ( x ) f ( x ) ⇒ cos ( x )2 + 2 ⋅ sin ( x )2 + sin ( x )2 ⋅ tg ( x )2 = 1 1 2 cos ( x ) |
9 |
sin (3 ⋅ x )2 cos (3 ⋅ x )2 2 − 2 y ( x ) = sin ( x ) cos ( x ) , 8 ⋅ cos ( 2 ⋅ x ) 2 2 f ( x ) ⇒ sin (3 ⋅ x ) − cos (3 ⋅ x ) = 8 ⋅ cos ( 2 ⋅ x ) 1 2 2 sin ( x ) cos ( x ) |
10
y ( x ) =
(cos ( x )2 + sin ( x )2 )2
cos ( x ) ,
f1 ( x ) ⇒ cos ( x )
2 2
+ sin ( x ) = 1
2.10.
Разложить
функцию
f(x)
в
ряд
Тейлора
в
окрестности
точки
x=0
и
взять
первых
9
членов
ряда.
Определить
погрешность
представле-
ния данной
функции
с
помощью ряда для
точки
x=x0.
Функцию
f(x)
и
величину
x0
взять
из
табл.
2.13.
Таблица 2.13
Вариант |
Задание |
1 |
f(x)=ex, x0=5 |
2 |
f(x)=e2x, x0=2 |
3 |
f(x)=cos(x), x0=π/4 |
4 |
f(x)=sin(x), x0=π/2 |
5 |
f(x)=sin2(x), x0=π/2 |
6 |
f(x)=cos2 (x), x0=π/4 |
7 |
f(x)=tan2 (x), x0=π/4 |
8 |
f(x)=sin3(x), x0=π/4 |
9 |
f(x)=arcsin(x), x0=π/4 |
10 |
f(x)=arcsin2 (x), x0=π/4 |
2.11. Разложить относительно переменной x на элементарные дроби выражение, взятое из таблицы табл. 2.14, с применением проце- дуры Parfrac.
Таблица 2.14. Начало
Вариант |
Задание |
1 |
1 − x x4 −1 |
2 |
2 ⋅ x2 − 3 ⋅ x + 1 x3 + 2 ⋅ x2 − 9 ⋅ x −18 |
3 |
1 x4 −1 |
4 |
x + 1 x3 + 2 ⋅ x2 − 9 ⋅ x – 18 |
5 |
1 − x2 x3 + 2 ⋅ x2 − 9 ⋅ x −18 |
6 |
1 − x4 x3 + 2 ⋅ x2 − 9 ⋅ x −18 |
7 |
1 − x2 x4 −1 |
Таблица 2.14. Продолжение
8 |
1 − x3 x4 −1 |
9 |
1 − x2 − x3 x4 −1 |
10 |
1 − x2 − x3 x2 −1 |
2.12. Найти пределы функции, согласно варианта из табл. 2.15.
Таблица 2.15
Вариант |
Задание |
1 |
4 ⋅ x2 −1 lim x→ 1 2 ⋅ x −1 2 |
2 |
4 ⋅ x2 −1 lim x→6 2 ⋅ x −1 |
3 |
lim (1 − cos ( x )) x →0 |
4 |
lim 1 n→∞ n! |
5 |
⎛ 1 ⎞n lim ⎜1 + ⎟ n→∞ ⎝ n ⎠ |
6 |
lim 1 x →∞ x |
7 |
sin ( 2 ⋅ x ) lim x→0 x |
8 |
sin ( x ) lim x→0 x |
9 |
sin ( 2 ⋅ x ) lim x→0 sin (5 ⋅ x ) |
10
lim
x→0
1 − cos ( x )
x
