Аппаратное и программное обеспечение

Персональный компьютер, графический манипулятор мышь, программа Electronics Workbench 5.0.

Краткие теоретические сведения

Цепь называется дифференцирующей, если мгновенные значения напряжения на выходе пропорциональны производной от напряжений на входе.

В качестве пассивных дифференцирующих цепей используется:

1) цепь RC с резистором на выходе:

 

Рисунок 10.1 – Пассивная дифференцирующая RC цепь

Цепь RC дифференцирует, если: ; на практике должно выполняться условие: .

2) цепь RL с катушкой индуктивности на выходе.

 

Рисунок 10.2 – Пассивная дифференцирующая RL цепь

 

Цепь RL дифференцирует при условии: , на практике .

Цепь называется интегрирующей, если мгновенные значения напряжения на выходе пропорциональны интегралу от напряжений на входе.

В качестве пассивных интегрирующих цепей используются:

1) цепь RC с конденсатором на выходе:

 

Рисунок 10.3 – Пассивная интегрирующая RC цепь

 

Цепь RC интегрирует, если:. Х _C << R; на практике должно выполняться условие: .

2) RL цепь с резистором на выходе:

 

Рисунок 10.4 – Пассивная интегрирующая RL цепь

 

Цепь RL интегрирует, если: R << Х _L; на практике должно выполняться условие: .

Недостатком пассивных дифференцирующих и интегрирующих цепей является низкий коэффициент передачи K. Поэтому используют активные дифференцирующие цепи, построенные на основе ОУ, коэффициент передачи которых больше 1.

 

Домашнее задание

 Подготовить ответы на вопросы самопроверки.

 Рассчитать величину резистивного сопротивления R _диф, чтобы цепь (рисунок 10.1) была дифференцирующей, если частота повторения сигналов f = 2 кГц; значение емкости конденсатора равно номеру записи учащегося в учебном журнале (в нФ).

 Значение R _диф занести в таблицу 10.1.

Рассчитать величину резистивного сопротивления R _инт, чтобы цепь (рисунок 10.3) была интегрирующей, если частота повторения сигналов f = 2 кГц; значение емкости конденсатор С = 29 нФ. Значение R _инт занести в таблицу10.1.

Порядок выполнения работы

Исследовать пассивную дифференцирующую RC цепь, для этого собрать схему электрической цепи, представленную на рисунке 10.5 согласно методическому руководству. В данной схеме используются:

G – генератор сигнала

Осц. – осциллограф

Рисунок 10.5 – Схема исследования пассивной

дифференцирующей RC цепи

Установить режим генерации сигнала синусоидальной формы. Получить временные диаграммы входного и выходного сигналов. Зарисовать полученные осциллограммы в отчет. Повторить опыт для сигналов треугольной и прямоугольной формы. Записать максимальное значение входного и выходного напряжения в таблицу 10.1. По этим значениям рассчитать коэффициент передачи цепи (К) и записать его значение в таблицу 10.1:

K = ;

Для сигнала прямоугольной формы измерить длительность входного и выходного сигналов: t_{имп вх}, (мкс); t_{имп вых}, (мкс). Данные длительности входного и выходного сигналов занести в таблицу 10.1

 

Рисунок 10.6 – Временные диаграммы при входном сигнале синусоидальной формы

 

 

 

Рисунок 10.7 – Временные диаграммы при входном сигнале

треугольной формы

Таблица 10.1 – Таблица экспериментальных данных исследования дифференцирующих цепей

 

Класс цепи	Форма входного сигнала	По расчету п. 2	Получено в эксперименте
		R диф, Ом	U вх, В	U вых, В	К	t имп вх, мкс	t имп вых, мкс
Пассивная дифференцирующая цепь RC	Синусоидальная					-	-
	Треугольная					-	-
	Прямоугольная
Активная дифференцирующая цепь ARC	Синусоидальная	-				-	-
	Треугольная					-	-
	Прямоугольная

 

 

 

Рисунок 10.8 – Временные диаграммы при входном сигнале прямоугольной формы

 

Исследовать пассивную интегрирующую RC цепь, для этого собрать схему электрической цепи, представленную на рисунке 10.9 согласно методическому руководству. В данной схеме используются:

G – генератор сигнала

Осц. – осциллограф

Рисунок 10.9 – Схема исследования пассивной интегрирующей RC цепи

 

Установить режим генерации сигнала синусоидальной формы. Получить временные диаграммы входного и выходного сигналов. Измерить напряжение на входе (U _вх) и на выходе (U _вых), записать полученные значения в таблицу 10.2. Рассчитать коэффициент передачи и записать значения в таблицу 10.2. Повторить опыт для сигналов треугольной и прямоугольной формы.  Для сигнала прямоугольной формы измерить длительность входного и выходного сигналов: t_{имп вх}, (мкс); t_{имп вых}, (мкс). Данные занести в таблицу 10.2.

 

 

 

Рисунок 10.10 – Временные диаграммы при входном сигнале синусоидальной формы

 

 

 

Рисунок 10.11 – Временные диаграммы при входном сигнале

 треугольной формы

 

 

Рисунок 10.12 – Временные диаграммы при входном сигнале

прямоугольной формы

 

Таблица 10.2 – Таблица экспериментальных данных исследования интегрирующих цепей

 

Класс цепи	Форма входного сигнала	По расчету п. 3	Получено в эксперименте
		R инт, кОм	U вх, В	U вых, В	К	t имп вх, мкс	t имп ых, мкс
Пассивная интегрирующая цепь RC	Синусоидальная					-	-
	Треугольная					-	-
	Прямоугольная
Активная интегрирующая цепь ARC	Синусоидальная	-				-	-
	Треугольная					-	-
	Прямоугольная

 

 

Исследовать активную дифференцирующую цепь, для этого собрать схему электрической цепи, представленную на рисунке 10.13 согласно методическому руководству. В данной схеме используются:

G – генератор сигнала

Осц. – осциллограф

ОУ – операционный услилитель

 

Рисунок 10.13 – Схема исследования активной дифференцирующей цепи

 

Измерить напряжение на входе (U _вх) и на выходе (U _вых) для синусоидального, треугольного и прямоугольного сигналов. Записать максимальное значение входного напряжения и максимальное значение выходного напряжения, рассчитать коэффициент передачи и записать значения в таблицу 10.1. Для сигнала прямоугольной формы измерить длительность входного и выходного сигналов: t_{имп вх}, (мкс); t_{имп вых}, (мкс). Данные длительности входного и выходного сигналов занести в таблицу 10.1

Исследовать активную интегрирующую цепь, для этого собрать схему, электрической цепи, представленную на рисунке  10.14  согласно методическому руководству. В данной схеме используются:

G – генератор сигнала

Осц. – осциллограф

ОУ – операционный услилитель

 

Рисунок 10.14 – Схема исследования активной интегрирующей цепи

 

Измерить напряжение на входе (U _вх) и на выходе (U _вых) для синусоидального, треугольного и прямоугольного сигналов. Записать максимальное значение входного напряжения и максимальное значение выходного напряжения, рассчитать коэффициент передачи и записать значения в таблицу 10.2. Для сигнала прямоугольной формы измерить длительность входного и выходного сигналов: t_{имп вх}, (мкс); t_{имп вых}, (мкс). Данные длительности входного и выходного сигналов занести в таблицу 10.2.

 

Контрольные вопросы

1 Изобразить дифференцирующую RL цепь. Рассчитать R, чтобы цепь RL была дифференцирующей, если L = 44 мГн; f = 2 кГц ______________________________________

 

2 Изобразить интегрирующую RL цепь. Рассчитать R, чтобы цепь RL была интегрирующей, если L = 44 мГн, f = 2 кГц ________________________________________________________

 

3 Для чего применяются дифференцирующие и интегрирующие цепи___________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

Выводы: ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

«___»__________20____г

 

Лабораторная работа № 11

РАСЧЕТ И ИЗМЕРЕНИЕ РАБОЧЕГО ОСЛАБЛЕНИЯ ФНЧ И ФВЧ БАТТЕРВОРТА

 

Цель работы

Исследовать фильтр нижних и верхних частот Баттерворта. Научиться экспериментально определять характеристики фильтра: рабочее затухание, полосу пропускания, полосу задерживания.