Часть II.
Электрическая цепь и ее элементы.
Цель работы.
Закрепить и расширить теоретические сведения по методам анализа и расчета электрических цепей, известные из курса «Электротехника».
Приобрести практические навыки и умения по расчету и измерению частотных и переходных характеристик RС-цепей.
Формулы для расчета фильтра верхних частот:
а) нормировочный
коэффициент передачи:
где
– постоянная времени RC-цепи.
б) граничная частота
пропускания
на уровне 0.7:
в) длительность
фронта
д) степень искажений
,
допустимо ≤ 0,1
е) нормировочный
коэффициент передачи иначе:
Формулы для расчета фильтра нижних частот:
а) нормировочный
коэффициент передачи:
где
– постоянная времени RC-цепи.
б) граничная частота
пропускания
на уровне 0.7:
в) Искажения импульса (относительный спад вершины):
= 100 ti/Н, допустимо 10%.
Используемые в работе схемы:
1) RC-цепь с емкостью на выходе:
а) искажение прямоугольных импульсов; б)переходная характеристика цепи;
в) амплитудно-частотная характеристика цепи;
2) RC-цепь с резистором на выходе:
а) искажение прямоугольных импульсов; б) переходная характеристика цепи;
в) амплитудно-частотная характеристика цепи.
Ход работы:
Характеристики элементов RC – цепей в нашей работе:
Резистор: 1,2 КОм
Конденсатор: два конденсатора, подключенных параллельно (0,01 мкФ и 0,047 мкФ) общей емкостью 0,057 мкФ
Провели необходимые расчеты и построили теоретические зависимости:
Для высоких частот:
= 68,4 мкс
= 2327 Гц
=150,5 мкс
Для низких частот:
= 68,4 мкс
=
2327 Гц
Исследование фильтра высоких частот.
Собрали схему с
емкостью на выходе, ко входу подключили
генератор Г3-102 с амплитудой сигналов
4,2 В. Далее изменяем частоту сигнала и
с помощью осциллографа измеряем для
каждой частоты значения напряжений на
входе и выходе. После чего получаем
значение коэффициента передачи из
формулы
и заполняем таблицу 1.
Практическая зависимость k(f)
Таблица 1
fген, Гц |
Uвх, В |
Uвых, В |
k |
200 |
4,2 |
4,2 |
1,000 |
500 |
4,2 |
4,1 |
0,976 |
1000 |
4,2 |
3,9 |
0,923 |
1500 |
4,2 |
3,5 |
0,833 |
1800 |
4,2 |
3,1 |
0,762 |
1900 |
4,2 |
3,0 |
0,714 |
2000 |
4,2 |
2,95 |
0,702 |
2100 |
4,2 |
2,9 |
0,690 |
2200 |
4,2 |
2,85 |
0,679 |
2300 |
4,2 |
2,7 |
0,643 |
2400 |
4,2 |
2,6 |
0,619 |
2500 |
4,2 |
2,5 |
0,595 |
2800 |
4,2 |
2,4 |
0,571 |
3200 |
4,2 |
2,0 |
0,476 |
4000 |
4,2 |
1,8 |
0,429 |
5000 |
4,2 |
1,6 |
0,381 |
7000 |
4,2 |
1,2 |
0,286 |
10000 |
4,2 |
0,8 |
0,190 |
16000 |
4,2 |
0,5 |
0,119 |
Построим на одном графике теоретическую и практическую АЧХ фильтра высоких частот (зависимость коэффициента передачи от времени)
Как видно из
практической зависимости,
=
2000 Гц.
Такое различие можно объяснить тем, что емкость конденсаторов может быть больше номинальных значений, либо сопротивление резистора больше номинального значения.
Исследование фильтра низких частот.
Собрали схему с сопротивлением на выходе, ко входу подключили генератор Г3-102 с амплитудой сигналов 4,2 В. Далее изменяем частоту сигнала и с помощью осциллографа измеряем для каждой частоты значения напряжений на входе и выходе. После чего получаем значение коэффициента передачи из формулы и заполняем таблицу 2.