1. Дифференцирующие цепи

В арианты дифференцирующих цепей приведены на рисунке:

а б

Рис. 1

Рассмотрим цепь на рисунке 1а. Согласно второму правилу Кирхгофа (см. работу №1):

UВХ = UС + UВЫХ

(1)

По определениям, емкость конденсатора , а ток , отсюда получаем:

(2)

Подставляем (2) в (1):

(3)

Продифференцируем (3) по времени:

(4)

Подставив в (4) выражение для тока из закона Ома i = U_ВЫХ/R, получаем:

(5)

Если выполняется условие , то

(6)

Из формулы (6) видно, что величина RC имеет размерность времени. Она называется постоянной времени RC цепи. Из приведенных формул следует, что чем меньше эта постоянная, тем точнее дифференцирование, но при этом уменьшается величина выходного сигнала.

2. И нтегрирующие цепи

а б

Рис.2.

Рассмотрим цепь, изображенную на рис. 2,а. По второму правилу Кирхгофа:

UВХ = iR + UВЫХ

(7)

Из формулы (2) получим выражение для тока и подставим его в (7):

(8)

Если выполняется условие , то , отсюда

(9)

Из формул (8) и (9) следует, что чем больше постоянная времени цепи, тем точнее интегрирование, но при этом уменьшается величина выходного сигнала.

3. Описание экспериментальной установки

Установка содержит генератор сигналов специальной формы четырех различных видов. Один из вариантов сигнала выбирается с помощью переключателя и может быть подан на входы дифференцирующих или интегрирующих RC цепей с различными постоянными времени. Выбор варианта цепи производится с помощью специального переключателя. Форму и величину сигнала на входе и выходе выбранной цепи контролируют с помощью осциллографа. Целью работы является проверка зависимости качества дифференцирования и интегрирования и величины выходного сигнала от постоянной времени цепи.

4. Выполнение работы

Для каждого из четырех вариантов сигнала генератора получить на экране осциллографа и зарисовать: входной и выходные сигналы для дифференцирующих и интегрирующих цепей с различной величиной постоянной времени (вычислить эти величины). На основании полученных данных сделать соответствующие выводы.

5. Контрольные вопросы

1. Правила Кирхгофа.

2. Дифференцирующие цепочки.

3. Интегрирующие цепочки.

4. Доказать, что имеет размерность времени.

5. Дифференцирование и интегрирование различных входных сигналов (синусоиды, пилообразных колебаний и др.)

Работа №12 изучение работы выпрямителей и сглаживающих фильтров

1. Однополупериодный выпрямитель

Для питания большинства электронных схем необходимо постоянное напряжение. Напряжение в силовых электрических сетях –переменное синусоидальное, т.к. такое напряжение проще вырабатывать и передавать по сетям. Для преобразования переменного напряжения в постоянное служат специальные устройства – выпрямители. Любой выпрямитель является потребителем энергии переменного тока и генератором постоянного тока. Выпрямители создаются преимущественно на основе полупроводниковых или вакуумных диодов.

Р ассмотрим простейшую схему выпрямителя с использованием одного полупроводникового диода (рис. 1):

Рис. 1.

Диод обладает свойством односторонней проводимости (см. работу № 6). При воздействии на входе полуволны переменного напряжения Е положительной полярности (верхние полуволны относительно оси времени на рисунке), диод оказывается включенным в прямом направлении и пропускает ток. Сопротивление диода мало и напряжение на нагрузке U_Н близко к Е. Для других полуволн диод оказывается включенным в обратном направлении, его сопротивление очень велико и ток в цепи почти равен нулю, соответственно близко к нулю и U_Н.

Общее напряжение U_Н является суммой постоянной составляющей (на рисунке она показана штриховой линией) и переменной составляющей (напряжение пульсаций).