Краткие теоретические сведения

АЧХ -- амплитудно-частотная характеристика.

ФЧХ- фазо-частотная характеристика.

Отношение комплексного напряжения на входе к комплексному току на входе называется комплексным входным сопротивлением. Зависимость модуля комплексного входного сопротивления от частоты называется входной АЧХ. Зависимость аргумента комплексного входного сопротивления от частоты называется входной ФЧХ. Входные характеристики исследуются при подключении к входным зажимам цепи и представлены в таблице 5.1.

- входная АЧХ и  - входная ФЧХ.

Частота, на которой действительная и мнимая часть комплексного входного сопротивления равны, называется граничной.

 

 

Таблица 5.1  ̶ Входные АЧХ и ФЧХ в цепях первого порядка

 

Цепь	Входная АЧХ	Входная ФЧХ
RL
RC

 

Отношение напряжения выхода в комплексной форме к напряжению входа в комплексной форме называют комплексным коэффициентом передачи. Зависимость модуля комплексного коэффициента передачи цепи от частоты называется передаточной АЧХ. Зависимость аргумента комплексного коэффициента передачи цепи от частоты называется передаточной ФЧХ. Передаточные характеристики представлены в таблице 5.2.

 ̶ передаточная АЧХ;

                             ̶ передаточная ФЧХ. 

 

Таблица 5.2  ̶ Передаточные АЧХ и ФЧХ в цепях первого порядка

 

Цепь	Передаточная АЧХ	Передаточная ФЧХ
RL
RC

 

Домашнее задание

Изучить входные и передаточные характеристики неразветвленных цепей. Подготовить ответы на вопросы для самопроверки.

Выполнить предварительный расчет: для цепи из последовательного соединения резистора и конденсатора рассчитать реактивное сопротивление X _с, входное сопротивление цепи Z _вх и угол сдвига фаз φ_вх на частотах, заданных в таблице 5.3, если R = 100 Ом, С = 300 + N, нФ, где N – номер записи студента в учебном журнале. Данные расчета занести в таблицу 5.3. Для этой же цепи рассчитать модуль коэффициента передачи K на частотах заданных в таблице 5.3.

 

 

 

Таблица 5.3 – Таблица расчета данных для цепи R С

 

f, кГц	хс, Ом	Z вх, Ом	φвх, град.	К
2
4
6
8
10

 

Рассчитать реактивное сопротивление X_L, входное сопротивление цепи Z _вх и угол сдвига фаз φ_вх на частотах, заданных в таблице 5.4, если R = 100 Ом, L = 20 + N, мГн. Данные расчета занести в таблицу 5.4.

Таблица 5.4 – Таблица расчета данных для цепи RL

 

f, кГц	х L, Ом	Z вх, Ом	φвх, град.
0,2
0,4
0,6
0,8
1

 

По данным расчета построить графики зависимостей Z _вх = F (f) и φ_вх= F (f) для цепей RC и RL.

Рисунок 5.1 – График зависимости Z _вх = F (f) для RC цепи

Рисунок 5.2 – График зависимости φ_вх= F (f) для RC цепи 

 

 

Рисунок 5.3 – График зависимости Z _вх = F (f) для RL цепи    

Рисунок 5.4 – График зависимости φ_вх= F (f) для RL цепи

 Порядок выполнения работы

Исследование входных характеристик:

Cобрать схему электрической цепи, представленную на рисунке 5.5 согласно методическому руководству.

В данной схеме используются:

V – вольтметр;

А – амперметр;

G – генератор сигнала;

  Изм. АЧХ и ФЧХ - измеритель амплитудно-частотных (АЧХ) и фазочастотных (ФЧХ) характеристик.

Рисунок 5.5 – Схема для исследования входных АЧХ и ФЧХ цепи RC

 

Определить показания вольтметра, амперметра, измерить угол сдвига фаз между напряжением и током для заданных значений частоты, и данные занести в таблицу 5.5. По результатам измерений вычислить модуль входного сопротивления цепи: Z _вх = U _вх / I.

 

Таблица 5.5 – Таблица экспериментальных и расчетных данных исследования цепи RC

Частота	Результаты измерений		Вычисление
f, кГц	I, мА	φвх, град.	Z вх, Ом
2
4
6
8
10

U _вх = ____ В

По результатам измерений и вычислений построить графики зависимостей Z _вх = F (f) и φ_вх= F (f).

Рисунок 5.6 – График зависимости Z _вх = F (f) для RC цепи

Рисунок 5.7 – График зависимости φ_вх= F (f) для RC цепи

 

Снять входные характеристики цепи RL: в схему на рисунке 5.5 вместо конденсатора C включить катушку индуктивности L. Результаты измерений занести в таблицу 5.6 и построить графики зависимостей Z _вх = F (f) и φ_вх= F (f).

Рисунок 5.8 – График зависимости Z _вх = F (f) для RL цепи   

 

Рисунок 5.9 – График зависимости φ_вх= F (f) для RL цепи

 

Таблица 5.6 – Таблица экспериментальных и расчетных данных исследования цепи RL

 

Частота	Результаты измерений		Вычисление
f, кГц	I, мА	φвх, град.	Z вх, Ом
0,2
0,4
0,6
0,8
1
2
4

U _вх = ____ В

 

Исследование передаточных характеристик:

Собрать схему электрической цепи, представленную на рисунке 5.10. Для заданных частот измерить показания вольтметров и угол сдвига фаз между напряжением и током. Полученные результаты занести в таблицу 5.7. Рассчитать значение коэффициента передачи и построить графики зависимости k = F (f) и φ_к= F (f).

 

Рисунок 5.10 – Схема для исследования передаточных характеристик

 цепи RC

 

Таблица 5.7 – Таблица экспериментальных и расчетных данных исследования передаточных характеристик цепи RC

 

f, кГц	U вх, В	U вых, В	φк, град.	К
2
4
6
8
10
12
14

К= U _вых / U _вх,

Рисунок 5.11 – График зависимости k = F (f) для RC цепи        

   

Рисунок 5.12 – График зависимости φ _k = F (f) для RC цепи

 

Снять передаточные характеристики цепи RL: в схему на рисунке 5.10 вместо конденсатора C включить катушку индуктивности L. Результаты измерений занести в таблицу 5.8  и построить графики зависимостей К= F (f) и φ _k = F (f).

 

 

Таблица 5.8 – Таблица экспериментальных и расчетных данных исследования передаточных характеристик цепи RL

 

f, кГц	U вх, В	U вых, В	φк, град.	К
0,2
0,4
0,6
0,8
1
2
4

 

Рисунок 5.13 – График зависимости k = F (f) для RL цепи

Рисунок 5.14 – График зависимости φ _k = F (f) для RL цепи

Контрольные вопросы

1 От каких величин зависят входные и передаточные функции в линейных электрических цепях?     ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 2 Чему равно значение модуля входного сопротивления и угла сдвига фаз на граничной частоте? ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3 Чему равно значение модуля коэффициента передачи и угла сдвига фаз на граничной частоте? ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

Выводы ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

«____» ____________ ______г.

 

Лабораторная работа №6

ПОЛУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРИОДИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ НЕГАРМОНИЧЕСКОЙ ФОРМЫ

 

Цель работы

 Научиться получать сигналы негармонической формы. Исследовать влияние составляющих негармонического сигнала на его форму. Исследовать спектры сигналов негармонической формы. Приобрести практические навыки анализа влияния формы сигнала на его спектр.

 

  Аппаратное и программное обеспечение

 Рабочая станция локальной сети (персональный компьютер). Графический манипулятор мышь. Программа Electronics Workbench 5.0.