Iнтегруючих та диференцiюючих кiл

Мета роботи

 

1. Практичне дослiдження амплiтудно-частотних та фазочастотних ха-рактеристик iнтегруючих та диференцiюючих кiл.

2. Визначення основних параметрiв iнтегруючих та диференцiюючих кiл.

 

Програма роботи

 

1. Дослiдити амплiтудно-частотнi та фазочастотнi характеристики iнтегруючих RC - та RL -кiл.

2. Дослiдити амплiтудно-частотнi та фазочастотнi характеристики диференцiюючих RC - та RL -кiл.

3. Визначити основнi параметри iнтегруючих і диференцiюючих RC - та RL -кiл.

 

Пiдготовка до виконання лабораторної роботи

 

1. За конспектом лекцiй та рекомендованою лiтературою вивчити матерiали роздiлу “Комплекснi частотнi характеристики типових кіл”.

2. Урахувати, що при виконаннi лабораторної роботи № 5 використовуються тi самi вимiрювальнi прилади i той самий змінний блок 2, що й при виконаннi лабораторних робiт № 3 та 4.

3. У робочому зошитi для лабораторних робiт знайти заготовку для вiдповiдного звiту i занести туди дані щодо мети та програми роботи.

4. У графi “Домашнє завдання” накреслити електричнi принциповi схеми дослiджуваних iнтегруючих і диференцiюючих RC - та RL -кiл.

5. Записати аналiтичнi вирази для комплексного вхiдного опору та передатної комплексної частотної характеристики вiдносно напруги для всiх дослiджуваних кiл у режимі холостого ходу. Визначити модулi та аргументи цих характеристик.

6. Згідно з отриманими результатами якісно побудувати амплiтудно-частотнi та фазочастотнi характеристики вхiдного опору дослiджуваних кiл.

7. Згідно з отриманими результатами побудувати передатнi амплітудно-частотнi та фазочастотнi характеристики дослiджуваних кiл вiдносно напруги.

Опис лабораторної установки

У данiй лабораторнiй роботi використовуються ті самі вимірювальні пристрої, що й у попередніх, а також – змінний блок 2 як і у лабораторних роботах № 2 і 3. На рис. 5.1 зображена передня панель змінного блока 2, схеми 1 та 2 якого використовуються при дослідженні інтегруючих та диференціюючих кіл.

 

 

Рис. 5.1. Передня панель змінного блока 2

 

Зокрема, при дослідженні інтегруючих та диференціюючих RС -кіл використовується схема 1, а при дослідженні інтегруючих та диференціюючих RL -кіл – схема 2. Підключення цих схем до вимірювальних приладів здійснюється за допомогою кнопок 1 та 2, які розташовані вертикально з лівого краю передньої панелі змінного блока.

Крім того, при дослідженні RC - та RL -кіл інтегруючого та диференціюючого типу за допомогою перемикача “ R 1, R 2, R 3” можна змінювати опори резисторів обох кіл, оскільки R ₁ = 50 Ом, R ₂ = 680 Ом, а R ₃ = 360 Ом.

Різниця фаз між вхідною напругою u _вх(t) = u ₁(t) та напругами на елементах досліджуваних кіл може бути знайдена або експериментально за допомогою осцилографа, або розрахунковим методом за допомогою векторних діаграм цих кіл.

Порядок виконання роботи

 

1. Користуючись стислим описом вимiрювальних приладiв, наведеним у дод. 1.2, пiдготувати генератор сигналiв, цифровий вольтметр i осцилограф до роботи, пiдключити їх до мережi живлення за допомогою тумблера “Мережа”, який знаходиться на передній панелі змінного блока, і дати їм можливість прогрiтися протягом 5 – 10 хвилин.

2. За допомогою кнопки 1 підключити до вимірювальних приладів схему 1 змінного блока 2, яка призначена для дослідження інтегруючих та дифе-ренціюючих RC -кіл.

3. Встановити на виходi генератора сигналiв гармонiчну напругу
u ₁(t) з частотою декілька десятків кілогерц та дiючим значенням
U ₁ = 3 В, що вiдповiдає амплiтудi U_{m 1}» 4,2 В.

4. За допомогою перемикача “ R 1, R 2, R 3” підключити послідовно до конденсатора резистор R 3, а за допомогою кнопки “ U_R ” подати напругу цього резистора на вхід вольтметра та на вхід другого каналу осцилографа. Якщо при цьому кнопка “ U ” на передній панелі змінного блока натиснута, то на входах осцилографа діятимуть напруги та .

5. Пiдтримуючи амплiтуду вхiдної напруги незмiнною, необхідно варіювати частоту вхiдного сигналу спочатку в бiк зменшення, а потiм у бiк збiльшення. За характером змiнювання амплітуди вихiдної напруги u_R (t) дослiджуваного кола встановити його тип i визначити граничну частоту f _г смуги пропускання цього кола (частоту зрiзу).

Вiдомо, що вихідна напруга такого кола на граничнiй частотi зменшується в разiв порiвняно з її максимальним значенням у смузi пропускання.

6. Вимiряти амплiтуднi або дiючi значення напруг на виходi u_R (t) та на входi u ₁(t) дослiджуваного кола, а також фазовий зсув мiж ними на граничнiй частотi смуги пропускання.

Результати вимiрювань занести до табл. 5.1.

7. Вимiрювання, аналогiчнi проведеним у вiдповiдностi з п. 6, виконати для вхiдних напруг декiлькох частот, якi меншi вiд граничної частоти смуги пропускання, та для декiлькох частот, якi бiльшi за цю частоту.

Результати вимiрювань також занести до табл. 5.1.

Таблиця 5.1

Досліджуване коло	Параметри кола	Частота f ген, кГц
f 1	f 2	f 3	f г	f 4	f 5	f 6
Диференціююче або інтегруюче RC - та RL -коло	Um 1 (U 1), В
Um 2 (U 2), В
j, град
KU (f)

8. Користуючись результатами експериментальних дослiджень у табл. 5.1, розрахувати значення АЧХ дослiджуваного кола вiдносно напруги на опорі:

 

= U_mR / U_{m 1} = U_R / U ₁.

 

Результати розрахункiв занести до табл. 5.1.

9. Повторити вимiрювання та розрахунки згiдно з п. 5 – 8 для iнших варіантів iнтегруючих та диференцiюючих RC - і RL -кiл. Номінальні значення опорів резисторів вибирати за вказівками викладача. Результати вимiрювань та розрахункiв занести до таблиць, аналогiчних до табл. 5.1.

10. Побудувати амплiтудно-частотнi та фазочастотнi характеристики всіх дослiджених диференцiюючих та iнтегруючих кiл, визначити їх смуги пропускання, граничнi частоти смуг пропускання та постiйнi часу.

 

Змiст звiту

 

1. Мета i програма роботи.

2. Результати, одержанi в процесi пiдготовки до виконання роботи.

3. Схеми для проведення дослiджень, виконанi у вiдповiдностi до дiючих стандартів.

4. Результати дослiджень у виглядi таблиць, розрахункiв, графiкiв одержаних залежностей та параметрiв дослiджуваних кiл.

5. Стислi висновки вiдносно результатiв виконаної роботи.

Контрольнi запитання та завдання

1. Якi електричнi кола називаються диференцiюючимиа які інтегруючими?

2. Записати спiввiдношення, що зв’язують миттєвi та комплекснi вихiднi та вхiднi напруги iдеалiзованих диференцiюючих та iнтегруючих кiл.

3. При виконаннi яких умов реальнi RC - та RL -кола можуть виконувати роль диференцiюючих або iнтегруючих?

4. Якi функцiї, окрiм операцiй диференцiювання та iнтегрування, ще можуть виконувати чотириполюсники, реалізовані на базі двоелементних послідовних RC - та RL -кіл?

5. Записати вираз для передатної комплексної частотної характеристики вiдносно напруги одного з iнтегруючих або диференціюючих кiл.

6. Яким чином знаходять вхідні та передатні АЧХ та ФЧХ кiл, реалізованих на базi RC - та RL -подiльникiв напруги?

7. Перерахувати основнi параметри кiл диференцiюючого та інтегрую-чого типу.

8. Пояснити фiзичний смисл основних параметрiв кiл диференцiюючого та iнтегруючого типу.

9. Якi види сигналiв не змiнюють своєї форми в разi проходження через iнтегруючi та диференцiюючi кола?

10. Зобразіть реакцію інтегруючого кола на вхідний сигнал у вигляді уніполярних прямокутного, трапецподібного та пилкоподібного відеоім-пульсів.

11. Зобразіть реакцію диференціюючого кола на вхідний сигнал у вигляді біполярних прямокутного, трапецеподібного та пилкоподібного відеоім-пульсів.

12. Які з чотирьох варіантів двоелементних чотириполюсників можна найефективніше використовувати як фазозсовуючі?

13. Які з чотирьох варіантів двоелементних чотириполюсників можна найефективніше використовувати як передатні?

14. У якому випадку кола інтегруючого або диференціюючого типу можуть виступати як кола, що коригують форму сигалу?

15. У якому випадку кола інтегруючого або диференціюючого типу можуть виступати як кола, що є ефективними фільтрами корисних сигалів?

Лабораторна робота № 6