Лаб.раб.№02.doc (1077150), страница 2
Текст из файла (страница 2)
7).1Емкостное сопротивление равно X c =(1.4.6)2 *π * f * CПолное сопротивление емкостной цепи представляет собой мнимую величину и равно:This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.4.67.-5Zc = - J * X c(1.4.7)где J = - 1 - мнимая единица.Индуктивное сопротивление.Подсоединим катушку индуктивности L к источнику переменного напряжения как показанона рис. 8.Мгновенное значение напряжения на катушке индуктивности равно:di Δ i(1.4.8)ul = L l = lΔtdtМгновенное значение тока, протекающего через катушку индуктивности равно:1(1.4.9)il = ∫ u l dtLПри анализе схем на постоянном токе катушку индуктивности можно закоротить.В схеме изображенной на рис. 8, через катушку индуктивностиL протекает токi = I max * sin(ω * t ) .
В соответствии уравнениями мгновенного тока, протекающего через катушкуиндуктивности можно записать:(1.4.10)u = ω * L * I max * cos(ω * t ) = U max * sin(ω * t + 90 ) ,где U max = ω * L * I max , а cos(ω * t ) = sin(ω * t + 90 ) .Временные диаграммы зависимостей тока, протекающего через катушку индуктивности L ипадения напряжения на ней, представлены на рис. 9.Падение напряжение на катушку индуктивности L и протекающий через нее ток можнопредставить в виде векторов, вращающихся с частотой ω (см. рис.
10).(1.4.11)Индуктивное сопротивление катушки индуктивности X l = 2 * π * f * L .Полное сопротивление идеальной катушки индуктивности представляет собой мнимуювеличину и равно:(1.4.12)Zl = J * X l1.5. Полное сопротивление. Треугольник сопротивлений.This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.4.67.-6Полное сопротивление цепи есть комплексное число:(1.5.1)Z = R± J*XДействительная часть комплексного числа R называется активной составляющей.
Мнимаячасть Х называется реактивной составляющей. Знак плюс в (1..5.1) ставится перед индуктивнымсопротивлением а знак минус перед емкостным. Полное сопротивление Z измеряетс я в О мах.Составляющие Z, R и X также измеряются в Омах.Если анализируемая цепь состоит из активных и реактивных компонентов, соединенных впроизвольном порядке, то можно построить треугольник сопротивлений в комплекснойплоскости.Рассмотрим схему, изображенную на рис.11.В данной схеме все компоненты соединены последовательно, следовательно, токIr ,протекающий через резистор R и ток I l равны.
Полное сопротивление этой цепи равно(1.5.2)Z rl = R + jX .Из рис. 13 следует, что U out = U r2 + U i2 , и(1.5.3)Ui(1.5.4)).Ur(1.5.3) – есть уравнение амплитудноча стотной характеристики (АЧХ) четырехполюсника.АЧХ это зависимость коэффициента передачи четырехполюсника от частоты входного сигнала.1.6 Делители напряжения и тока в цепях переменного тока.Принцип построения и расчета делителей напряжения и тока для цеп ей переменного токатакой же, как и для цепей постоянного тока, который был рассмотрен в первой лабораторнойработе.1.6.1. Принцип делени я напряжения заключается в том, что в последовательной цепи скомплексными сопротивлениями напряжение U n на любом элемента Z n равно произведениюφ = arctan(приложенного напряжения U общ и Z n , деленное на сумму сопротивлений Z общ :Zn(1.6.1)Z общ1.6.2.
Принцип п остроения и расчета делителя тока т акже совпадает с построением ирасчетом цепей постоянного тока , т.е. в параллельной цепи, состоящей из комплексныхсопротивлений ток I n .в комплексной ветви Z n равен:Z(1.6.2)I n = I общ ЭZnU n = U общ2. Пример вывода формул аналитических значений АЧХ и ФЧХ и построения ихграфиков.Задача. Требуется построить график АЧХ схемы, изображенной на рис.
14, используяпрограмму MATCAD. Входной узел данной схемы 1, выходной – 2. Номиналы компонентов:This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.4.67.-7L1 = 150mГн, C1 = 1nF, R1 = 1KOm.Преобразуем исходную схему так, как показано на рис. 15.При преобр азовании, компоненты схемы заменяют на их полные сопротивления.Преобразованная схема представляет собой делитель напряжения, в верхней части которогонаходится Z l , а нижняя часть – из параллельно включенных R и . Z c , следовательно:U вых; - коэффициент передачи,U вхгде U вых - выходное напряжение, а U вх = U г - входное.КП =U вых = Uг *Z rc,Z rc + Z l(2.1)(2.2)где Z rc - есть полное сопротивление параллельное соединенных резистора R и конденсатора C:R * Zc.(2.3)R + ZcПодставив найденное значение U вых в формулу (2.1), получим:Z rc.(2.4)Кп =Z rc + Z lТ.к.
в Rп входят Z c и Z l K п будет зависеть от частоты входного сигнала.Протокол программы вывода формулы АЧХ для схемы изображенной на рис.14.Z rc =This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.4.67.-8-3. Задание для выполнения лабораторной работы.3.1. Произвести расчет указанных компонентов схемы. Номер варианта – из таблицы 1, номерсхемы – из таблицы 2.3.2. Получить аналитические зависимост и коэффициента передачи и фазового сдвигавыходного сигнала относительно входного , построить амплитудночастотную (АЧХ) ифазочастотную (ФЧХ) характеристики схемы.3.2.Выполнить анализ схемы по переменному току.This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.4.67.-93.2.1.
Используя программу анализа электронных сх ем Electronics Workbench получить АЧХ иФЧХ схемы и сравнить ее с аналитической зависимостью, полученной в пункте 2.Сравнить АЧХ и ФЧХ полученные экспериментальным путем ( EWB) и по аналитическимзависимостям.3.2.2. Выполнить анализ по переменному току. Форма вх одного сигнала и его параметры – поуказанию преподавателя.3.3.Составить отчет.3.4.Защитить работу.4.Контрольные вопросы.4.1. Что такое среднее значение тока и напряжения?4.2. Что такое среднеквадратичное значение переменного тока и напряжения?4.3. Какое значение тока и напряжения показывают вольтметры и амперметры?4.4. Чему равно полное сопротивление емкостной цепи?4.5.
Чему равно полное сопротивление индуктивной цепи?4.6. Дайте определение АЧХ, ФЧХ.4.7. Как в EWB измеряются АЧХ и ФЧХ?4.8. Как с помощью осциллографа измеряется фазовый сдвиг?4.9. Как с помощью осциллографа измеряются амплитуда и частота сигнала?4.10. Что такое постоянная времени?4.11. Что такое t ф , t c , Δ U и t и ?4.12. Как измерить t ф , t c , Δ U и t и ?4.13. Что такое функциональный генератор? Какую форму сигнала можно получить на выходеэтого генератора?4.14.
Как получить аналитическое значение АЧХ?4.15. Как получить аналитическое значение ФЧХ?This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.4.67.- 10 -№ №вар сх.112233RnFрезСn-300КHz500KHz20 KHz1nFQτR5020-10 Om10 Om-44--300pF-10mkS551KOm---1mkS6675 Om7730KOmFb=470KHzFn=450KHz30KHz8910123-1300KHz1500KHz100 KHz400pF114--1255KOm-13650 Om14750KOmFb=170KHzFn=150KHz120KHz151617123-3M Hz5M Hz200 KHz100pF184--19510KOm-206120 Om2175KOmFb=650KHzFn=600KHz300KHz3030-20pF-0.2mkS--2mkS5020-800pF-100mkS--10mkS20 Om35 Om-50Om40Om-Таблица 1Дополнительныеуказания.При подключении CnFp может изменитьсяне более чем на 10%При подключении Cnτ может изменитьсяне более чем на 10%При подключении Rnτ может изменитьсяне более чем на 10%При подключении CnFp может изменитьсяне более чем на 10%При подключении CnFp может изменитьсяне более чем на 10%При подключении Cnτ может изменитьсяне более чем на 10%При подключении Rnτ может изменитьсяне более чем на 10%При подключении RnFp может изменитьсяне более чем на 10%При подключении CnFp может изменитьсяне более чем на 10%При подключении Cnτ может изменитьсяне более чем на 10%При подключении Rnτ может изменитьсяне более чем на 10%При подключении CnFp может изменитьсяне более чем на 10%This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.4.67.- 11 № №вар сх.221232243RnFрезСn-10M Hz15MHz50 KHz700pFQτR5020-40Om100Om-254--600pF-50mkS2650.3KOm---0.5mkS276150 Om287Fb=230KHzFn=200KHz100KOm200KHzДополнительныеуказания.При подключении CnFp может изменитьсяне более чем на 10%При подключении Cnτ может изменитьсяне более чем на 10%При подключении Rnτ может изменитьсяне более чем на 10%При подключении RnFp может изменитьсяне более чем на 10%29Таблица 2.№сх.Схема принципиальная электрическая1Последовательный колебательныйконтур.Расчетныеформулы?1 Frez = π2 LC? = 1 L? Q R CДано: R, Q и Fрез.Найти: L и C.Входной сигналПо экспериментальнымданным добротность можноопределить по формуле:FrezΔFΔгде F = Fв - Fнq=Fв – верхняя граничнаячастота, определяемая по АЧХна уровне 0.707Uвых мах.Fн – нижняя граничнаячастота, определяемая по АЧХна уровне 0.707Uвых мах.На вход схемы подать сигналсинусоидальной формы;1.
Fвх = F рез ;2. Fвх ≠ F рез .Олределить коэффициентпередачи и вазовый сдвиг .This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.4.67.- 12 №сх.Схема принципиальная электрическая2Параллельный колебательный контур.Расчетныеформулы?1 Fp = π2 LC?C =? Q R LДано: R, Q и Fрез.Найти: L и C.Входной сигналПо экспериментальнымданным добротность можноопределить по формуле:FrezΔFгде Δ F = Fв - Fнq=Fв – верхняя граничнаячастота, определяемая по АЧХна уровне 0.707Uвых мах.Fн – нижняя граничнаячастота, определяемая по АЧХна уровне 0.707Uвых мах.На вход схемы подать сигналсинусоидальной формы;1. Fвх = F рез ;2. Fвх ≠ F рез .3Избирательный фильтр.C1 = C 2 = CR1 = R2 = R12π F pДано: Fр.и CnНайти: C1, C2,R1, и R2.RC =4Фильтр нижних частот (интегрирующаяцепочка).τ = RCДано: Rn, и τ .Найти: R и C.Олределить коэффициентпередачи и вазовый сдвиг .На вход схемы подать сигналсинусоидальной формы;1.
Fвх = F рез ;2. Fвх ≠ F рез .У выходного сигналаопределить коэффициентпередачи и вазовый сдвиг .На вход схемы податьсигнал прямоугольнойформы:1. t >> τ :и2. t << τи.У выходного сигналаопределить t ф , t c , Δ U иKПНа вход схемы податьсигнал синусоидальнойформы. У выходногосигнала определитькоэффициент передачи ифазовый сдвиг.This document is created with trial version of Document2PDF Pilot 2.4.67.- 13 №сх.5Схема принципиальная электрическаяФильтр верхних частот(дифференцирующая цепочка).Расчетныеформулыτ = RCДано: Rn, и τ .Найти: R и C.Входной сигналНа вход схемы податьсигнал прямоугольнойформы:1. t >> τ :и2.
t << τи.У выходного сигналаопределить t ф , t c , Δ U иKП .На вход схемы податьсигнал синусоидальнойформы. У выходногосигнала определитькоэффициент передачи ифазовый сдвиг.6Полосовой фильтр.L1 = L2C1 = C 2F - FHC1 = b2π Fb Fb RHRHL1 =2π ( Fb - FH )На вход схемы подать сигналсинусоидальной формы;1. Fвх в пределах полосыпропускания;2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
