Лабораторная работа 9

Исследование входных и передаточных

частотных характеристик в цепях

первого порядка

1 Цель работы:

1.1 Исследовать входные амплитудно-частотные и фазочастотные характеристики цепей с одним реактивным элементом.

1.2 Экспериментально получить передаточные амплитудно-частотные (АЧХ) и фазочастотные (ФЧХ) характеристики простейших цепей.

2 Литература:

2.1 Бакалов В.П. Основы теории цепей: учебник для вузов / В.П. Бакалов, В.Ф. Дмитриков, Б.И. Крук. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Горячая линия-Телеком, 2009.

2.2 Дмитриев В.Н. Основы теории цепей. Конспект лекций: учебное пособие для вузов / В.Н. Дмитриев, М.М. Зелинский. - Астрахань: изд-во АГТУ, 2008.

3 Подготовка к работе:

3.1 Повторить теоретический материал по данной теме.

3.2 Подготовить бланк отчета.

3.3 Ответить на вопросы допуска к работе:

3.3.1 Какие зависимости называют входными АЧХ и ФЧХ?

3.3.2 Какая частота называется граничной?

3.3.3 Какие АЧХ и ФЧХ называются передаточными?

3.3.4 Как для последовательных цепей RC и RL графически по передаточной АЧХ и ФЧХ определить граничные частоты?

4 Основное оборудование:

4.1 ПК.

5 Задание:

5.1 Выполнить необходимые измерения.

5.2 Построить входные характеристики.

5.3 Снять передаточные АЧХ и ФЧХ последовательных цепей RC и RL.

5.4 Заполнить таблицы 9.3 и 9.4 для RC и RL соответственно.

5.4.1 На входе схемы для каждой частоты поддерживать одинаковое напряжение ≈ 1В.

5.4.2 Рассчитать значения модуля коэффициента передачи для цепей RC и RL.

6 Порядок выполнения работы:

При подготовке к выполнению лабораторной работы студенты должны повторить правила работы на компьютере, особенности программы Electronics Workbench и теоретический материал соответствующий данной работе. Подготовить бланк отчета.

В данной работе необходимо исследовать входные частотные характеристики цепей первого порядка (RC и RL).

Для выполнения работы запустить программу WB, раскрыть папку " Лаб работы WB", раскрыть папку " Лаб работы по электротехнике", открыть файл " n 9-1 входные ч х-ки rl rc цепей" на экране монитора появится схема для исследований (Рисунок 9.1). Данная схема после включения переходит в режим паузы после каждого заполнения экрана осциллографа.

Ознакомиться со схемой (переключатели S1 и S2 в исходном состоянии должны быть подключены к конденсатору С1, параметры генератора: синусоидальные колебания, частота 2 кГц, амплитуда напряжения 2 В, Time base (частота развертки осциллографа) 0.10 ms/div), измерительными приборами и сообщить преподавателю о готовности к проведению исследований.

Рисунок 9.1 - RC и RL цепи

6.1 Запустить процесс моделирования (нажать значок I на кнопке " Пуск"):

- записать показания М4-действующее напряжение на входе цепи, М2-напряжение на резисторе R1 (на выходе схемы). Необходимо помнить, что измерительные приборы обладают инерционностью и для достоверности измерений нужно нажимать " Паузу" несколько раз (3-5) до получения установившихся показаний. Здесь требуется некоторое внимание;

- для измерения угла сдвига фаз необходимо нажать кнопку на панели осциллографа " Expand" и измерить период колебаний (или рассчитать по известной частоте) и временной сдвиг между колебаниями на входе (желтого цвета) и выходе (красного цвета) схемы (Рисунок 9.2) и воспользоваться формулой:

ψ =∆ Т/Т*360 (9.1)

Рисунок 9.2 - Измерение временного сдвига

между колебаниями одинаковой частоты

- нажать кнопку на панели осциллографа " Reduce";

- установить новое значение частоты генератора. Изменение частоты генератора производится стандартным редактированием строки " Frequency" на панели после её активации курсором;

- повторить действия для частот: 4, 6, 8, 10, 12, 16 кГц (при необходимости изменять частоту развертки осциллографа);

- переключить S1 и S2 (нажать клавишу " Space" (пробел на клавиатуре компьютера), при этом вместо конденсатора подключится катушка индуктивности;

- проделать аналогичные (как для конденсатора) измерения для катушки на частотах 200, 400, 600 Гц, 1кГц, 1.2 кГц, 1.6 кГц;

- заполнить таблицу 9.1;

- выключить схему (нажать значок O на кнопке " Пуск");

- вернуть схему в исходное состояние (положение переключателей и измерительных приборов).

Выход из программы после завершения моделирования осуществляется стандартным путем Windows (кнопка - крестик в правом верхнем углу экрана).

ВНИМАНИЕ: на запрос системы о необходимости сохранения изменений в схеме ответить " Нет "!

На входе цепи, установить 0, 9В÷ 1, 41В.

Поддерживать его неизменным на всех частотах.

Показания вольтметра и угла в цепи с ёмкостью записать в таблицу 9.1.

Таблица 9.1

6.2 В схеме вместо емкости C1 включить катушку индуктивности L1. Устанавливать частоты, указанные в таблице 9.2.

Таблица 9.2

6.3 По результатам измерений и расчетов для обеих схем построить графические зависимости: Z_вх (F), φ _вх (F).

Графически определить граничные частоты.

6.4 В следующей части работы необходимо исследовать передаточные частотные характеристики цепей первого порядка (RC и RL).

Для выполнения работы запустить программу WB, раскрыть папку " Лаб работы WB", раскрыть папку " Лаб работы по электротехнике", открыть файл " n 9-2 передаточные ч х-ки rl rc цепей" на экране монитора появится схема для исследований (Рисунок 9.3). Данная схема после включения переходит в режим паузы после каждого заполнения экрана осциллографа.

Ознакомиться со схемой (переключатель S1 в исходном состоянии должны быть подключен к конденсатору С1, параметры генератора: синусоидальные колебания, частота 2 кГц, амплитуда напряжения 2 В, Time base (частота развертки осциллографа) 0.10 ms/div), измерительными приборами и сообщить преподавателю о готовности к проведению исследований.

Рисунок 9.3 - RC и RL цепи

Запустить процесс моделирования (нажать значок I на кнопке " Пуск"):

- записать показания М4-действующее напряжение на входе цепи, М2-напряжение на конденсаторе C1 (на выходе схемы). Необходимо помнить, что измерительные приборы обладают инерционностью и для достоверности измерений нужно нажимать " Паузу" несколько раз (3-5) до получения установившихся показаний. Здесь требуется некоторое внимание;

- для измерения угла сдвига фаз необходимо нажать кнопку на панели осциллографа " Expand" и измерить период колебаний (или рассчитать по известной частоте) и временной сдвиг между колебаниями на входе (желтого цвета) и выходе (красного цвета) схемы (Рисунок 9.4):

Рисунок 9.4 - Измерение временного сдвига

между колебаниями одинаковой частоты

- нажать кнопку на панели осциллографа " Reduce";

- установить новое значение частоты генератора. Изменение частоты генератора производится стандартным редактированием строки " Frequency" на панели после её активации курсором;

- повторить действия для частот: 4, 6, 8, 10, 12, 16 кГц (при необходимости изменять частоту развертки осциллографа);

- переключить S1 (нажать клавишу " Space" (пробел на клавиатуре компьютера), при этом вместо конденсатора подключится катушка индуктивности;

- проделать аналогичные (как для конденсатора) измерения для катушки на частотах 200, 400, 600 Гц, 1 кГц, 1.2 кГц, 1.6 кГц;

- заполнить таблицы 9.3, 9.4;

- выключить схему (нажать значок O на кнопке " Пуск");

- вернуть схему в исходное состояние (положение переключателей и измерительных приборов).

Выход из программы после завершения моделирования осуществляется стандартным путем Windows (кнопка - крестик в правом верхнем углу экрана).

ВНИМАНИЕ: на запрос системы о необходимости сохранения изменений в схеме ответить " Нет "!

По опытным и расчетным данным построить графики H(f) и φ (f) для цепей RC и RL.

Таблица 9.3

f	U4=Uвх	Получено экспериментально	Расчет
U2=Uвых	к=	H=U2/U1
кГц	В	В	град	-

Таблица 9.4

f	U4=Uвх	Получено экспериментально	Расчет
U2=Uвых	к=	H=U2/U1
кГц	В	В	град	-
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4

7 Содержание отчета:

7.1 Номер работы и ее название.

7.2 Цель работы.

7.3 Схемы электрические принципиальная.

7.4 Таблицы 9.1, 9.2, 9.3 и 9.4 с результатами измерений и расчетов.

7.5 Графики H(f) и φ (f) для цепей RC и RL.

7.5 Ответы на контрольные вопросы.

8 Контрольные вопросы:

8.1 Построить приближенно входные АЧХ для цепей (Рисунки 9.3, 9.4, 9.5, 9.6).

Рисунок 9.3 Рисунок 9.4 Рисунок 9.5 Рисунок 9.6

8.2 Приближенно построить передаточные АЧХ для цепей (Рисунок 9.7).

а) б)

Рисунок 9.7