Предварительный расчет

Нарисовать кривые ТОКА при гармоническом напряжении, если ВАХ цепи имеет вид рис. 18.2 и 18.7.

ВОПРОСЫ САМОПРОВЕРКИ ДЛЯ ДОПУСКА К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Какие цепи называются линейными и какие нелинейными?

Нарисуйте кривые тока при гармоническом напряжении, если ВАХ: a) линейная; б) нелинейная симметричная; в) нелинейная несимметричная относительно горизонтальной оси.

2. Нарисуйте схему, с помощью которой можно получать ВАХ на экране осциллографа. Объясните назначение всех элементов схемы.

3. Почему при снятии ВАХ необходимо в осциллографе отключать Генератор пилообразных напряжений?

4. Нарисуйте ВАХ ограничителя.

ЗАДАНИЕ

СНЯТЬ вольтамперные характеристики двух нелинейных резистивных элементов, определить форму тока при гармоническом воздействии. Определить форму выходного напряжения в цепях с ограничителем и делителем Частоты.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Собрать цепь по схеме рис. 18.8. При сборке цепи потенциальное гнездо на блоке ГЗ соединить с левым гнездом нелинейного элемента НЭ2, находящимся на панели активных элементов. Регуляторы на блоках стенда установить в следующие позиции: на блоке питания включить тумблеры "Сеть", "Генератор", "Коммутатор—осциллограф", "Плата элементов"; на блоке Г1: тумблер "Генератор" установить в положение "Внутр."; на блоке Г2: переключатель "ПФ " — В положение " 2кгц", регуляторы "Подстройка" повернуть против часовой стрелки; на блоке ГЗ: тумблер "Вых. мощи." — В положение "Норм.", тумблер пределов — "10 B", регу­лятор "Вых. напр." — в положение наибольшего выходного напряжения; на панели активных элементов переключатель "П--НЭ2", находящийся Ни­же нелинейного элемента НЭ2, повернуть до отказа против часовой стрелки; на панели пассивных элементов в магазине АМ УСТАНОВИТЬ. сопротивление 160 Ом; на блоке ЭК: тумблер "Каналы" — в среднее положение, тумблера "Ослабление" — в положение "1 : 10", тумблер первого канала — в положение "Внутр.", тумблер "Вход Х" — в положение "Внешн." Регуляторы "Усил.", "Усил.Х", ''Расхождение" и регуляторы на ЭЛТ установить в такие положения, при которых на экране оказываются две вольтамперные характеристики: линейная — на первом канале и вида "__/" — на втором. Установить линейную ВАХ в верхней части экрана, a нелинейную — в нижней. ЕСЛИ ВАХ находится на зеленоватом фоне, то этот фон можно либо оставить (практически он не мешает наблюдению), либо убрать ПОВОРОТОМ регулятора "Развертка". Прямая наклонная линия представляет ВАХ линейного элемента, замонтированного внутри стенда, а нелинейная — ВАХ НЭ2. зарисовать получившиеся изображения.

2. Переключатель "П — НЭ2" на плате активных элементов поворачивать по часовой стрелке, при этом форма нелинейной ВАХ будет^. изменяться и приближаться к линейной. Зарисовать изображения в каждом положении переключателя. Повернуть переключатель до отказа против часовой стрелки.

3. Тумблер "Вход X" на ЭК перевести в положение "Внутр.", при этом внешнее напряжение от усилителя горизонтального канала осциллографа будет отключено, а развертывающее пилообразное напряжение — подключено, на экране осциллографа окажутся кривые токов — верхняя в линейной, а нижняя — в нелинейной цепях при ВАХ той формы, которая опреде­ляется положением переключателя "П—HЭ2" и гармоническим воздействием. Регулятор "Развертка" удобнее всего поставить в такое положение, при котором на экране укладывается два периода кривых. Зарисовать изображения, указать, при какой_, ВАХ получается данная кривая тока. Переключатель "П—HЭ2" поворачивать по часовой стрелке. Зарисовы­вать кривые токов в каждом положении переключателя. Если необходимо, то регуляторы "усил." на ЭК устанавливать в такие положения, при которых кривые наиболее удобны для наблюдения. Переключатель "П—HЭ2" повернуть против часовой стрелки до отказа.

4. Регулятор выходного напряжения на блоке Г3 повернуть против часовой стрелки. Тумблер "Пределы" переключить в положение "1 B", уста­новить напряжение 0,9 B. Перенести штепсели проводников с элемента HЭ2 на элемент НЭ1, причем с левого гнезда НЭ2 на левое гнездо НЭ1, а с право­го — соответственно на правое. Тумблер "Вход X" на ЭК перевести в поло­жение "Внешн."; при этом на экране осциллографа снова окажутся две ха­рактеристики: верхняя — прежняя линейная, нижняя — ВАХ элемента Н91, содержащая участок с отрицательным сопротивлением. С помощью регуля­торов на ЭК установить ВАХ наилучшим образом. Изменить напряжение на вольтметре V1 от 0,9 до 0,3 B и обратно. Зарисовывать ВАХ.

5. Тумблер "Вход X" на ЭК перевести в положение "Внутр.", зарисовы­вать кривые тока в цепи при напряжениях 0,3 ... 0,9 B.

6. Собрать цепь по схеме рис. 18.9. На блоке г3 переключатель "Преде­лы" установить в положение "10 B", регулятор выходного напряжения повернуть по часовой стрелке до отказа. При данной схеме операционный усилитель представляет нелинейный элемент c ВАХ вида рис. 18.5, Т. e. обладает Свойством СИЛЬНО ограничивать выходное напряжение и, Следовательно, весьма эффективно преобразовывать напряжение синусоидальной в напряжение прямоугольной формы. Регуляторы на ЭК устано­вить в такие положения, при которых на первом канале получается кривая синусоидальной формы , а на втором – прямоугольной. зарисовать кривые.

7. Собрать цепь по рис. 18.10. Произвести ^'следующие переключения. Ha блоке 1^.2 переключатель "Пф" перевести В положение регулято­pы "Подстройка" повернуть против часовой стрелки; на блоке ЭК вход второго канала подключить к свободному левому гнезду элемента НЭЗ, тумблер "Вход X" – в положение "Внутр.". Остальные регуляторы устано­вить В Положения. при которых на обоих каналах укладывается шесть пе­риодов напряжения прямоугольной формы с размахом по две клетки каж­дая. Напряжение первого канала должно быть в верхней части экрана, а второго – в нижней.

Элемент НЭЗ представляет нелинейный Элемент, позволяющий увеличи­вать период входного напряжения в 2 или 4 раза. (Такие элементы называ­ют "Делителями частоты", поскольку увеличение периода соответствует уменьшению частоты следования.) Переключить проводник, идущий от вхо­да второго канала на верхнее правое гнездо элемента НЭЗ. При этом на втором канале осциллографа должна оказаться кривая прямоугольной формы с периодом, в 2 раза большим, чем на входе элемента НЭД. Если кривая на втором канале окажется нечеткой, то следует поворачивать в небольших пределах регулятор "Развертка" на блоке ЭК до получения четкой кривой прямоугольной формы. Зарисовать изображения. Перенести проводник на нижнее правое гнездо, при этом период увеличится еще в 2 раза. Зарисовать кривые.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

Объяснить вид и ход каждой кривой, полученной в экспериментах.

Сравнить вид ВАХ цени г формой тока, получающейся при данной ВАХ. Определить закономерность изменения формы тока в зависимости от изменения формы ВАХ.

ВОПРОСЫ САМОПРОВЕРКИ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1.Нарисуйте кривую сопротивления элемента, ВАХ которого, показана на рис. 18.11,а.

Нелинейный элемент имеет ВАХ вида рис..18.7. Как изменится харак­теристика цепи, если параллельно этому нелинейному элементу подключить резистор с линейной характеристикой?

Вольтамперная характеристика цепи имеет вид рис. 18.11, б. Нарисуй­те кривые тока при гармоническом напряжении, если: a) |U_m| < |U₁|; 6) |Urn|>|Ui|

4. Постройте ВАХ цепи, если u= 10i —5i ² + 2i ^з .

5. Синусоидальное напряжение c амплитудой U_т = 10 B приложено к це­пи, ВАХ которой u = 5 . Рассчитайте и постройте кривую мгновенных значений тока.

6. Постройте кривую мгновенных значений тока, если напряжение имеет синусоидальную форму c U_m =10 B, a ВАХ цепи описывается уравнением i=0,05u+0,1u².

7. Нарисуйте примерную форму тока в цепи 18.6, если сопротивление нелинейного элемента: a) увеличивается пропорционально току в цепи;

б) уменьшается пропорционально току в цепи; в) остается неизменным.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N° 12

ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ B ЦЕПЯХ ПЕРВОГО ПОРЯДКА

При подготовке к выполнению лабораторной работы N°19 необходимо проделать следующее: 1) изучить стр. 344 — 35 5 [1]; 2) ИЗУЧИТЬ стр. 153 —158 данного пособия; 3) заготовить табл. 19.1; 4) выполнить предваритель­ный расчет; 5) ответить на вопросы для самопроверки.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Исследовать переходные процессы в цепях первого порядка при скачкообразном напряжении на входе цели.

КРАТКИЕ ПОЯСНЕНИЯ

Если RL-цепь подключить к источнику постоянного напряжения, Т. С.

скачкообразно изменять напряжение на входе цепи, то ток i будет нарас­тать не скачкообразно, а по экспоненциальной кривой, определяемой из уравнения i =(U/R) (1 —e^-(R/L)t) где i — мгновенное значение тока в момент t; U — значение входного напряжения; R — резистивное сопротивление, L — индуктивность цепи (рис. 19.1). Мгновенные напряжения на резистивном сопротивлении и_R пропорциональны мгновенным токам в цепи и_R = U(1 — е^-(R/L)t) . Мгновенные напряжения на индуктивности и_L изменяются скачкообразно и определяются из выражения u_L= Uе^-(R/L)t(рис. 19.2)

Сумма мгновенных напряжений на резистивном сопротивле­нии и индуктивности в любой момент равна входному напряжению U, что подтверждает выполнение второго закона Кирхгофа

u_R + u_L = U+ Uе^-(R/L)t) – Uе^-(R/L)t = U.

Аналогично при скачкообразном изменении напряжения на входе RС-це­пи напряжение на конденсаторе и_С изменяется по экспоненциальному за­кону и_с = U(1 — e^-t/RС), ток в цепи и падение напряжения на резистивном сопротивлении нарастают скачкообразно, a спадают экспоненциально, i =(U/R) (1 — е^-t/RC) , u_R = U(1 — е^-t/RC) , (рис. 19.3) . Постоянной вре­мени цепи τ называется время, в течение которого свободный ток или свободное напряжение уменьшается в e раз. B неразветвленных RL,-цепях постоянная времени τ подсчитывается из выражения τ=L/R, а в RC-цeпи τ=RC. При скачкообразном возрастании входного напряжения от 0 до U, ток i (в RL-цепи) или напряжение и_С (в RС-цепи) за время т достигают 0,63 установившегося значения. Теоретически вынужденное значение Тока (в RL-цепи) или напряжение на конденсаторе (в RС-цепи) достигается через бесконечно большое время.

На практике существуют различные критерии окончания переходного процесса. Если довольствоваться 0,95 вынужденного значения, то достаточно времени t = Зτ, a для достижения 0,99 вынужденного значения не­обходимо иметь t≈5τ. Аналогичные процессы происходят и при скачко­о6разном уменьшении питающего напряжения. Таким образом, если RL или RC-цепь питать от генератора, ЭДС которого имеет прямоугольную форму, то это равносильно тому, что скачкообразное напряжение периоди­чески отключают и подключают к цепи (R_вн +R)L или (R_вн+R) С, где R_вн— внутреннее сопротивление генератора сигналов прямоугольной формы (рис. 19.4). B RL-цeпи чем меньше R, тем больше постоянная времени цели т и тем медленнее нарастает и спадает ток в цепи. B RC-цели чем больше R, Тем больше т и тем медленнее нарастает и спадает напряже­ние на конденсаторе (рис. 19.5) .

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ

Рассчитать постоянные времени т КС-цепи, изображенной на рис. 19.6, a, если C=С_Н, a R принимает значения 20-40-80-160-320-640-1280­2560-5120 Ом. (емкость С_Н приближенно можно считать равной 0,25 мкФ )

Рассчитать постоянные времени т RL-цепи, показанной на рис. 19.6, б, если L= L_A, а R принимает значения_; указанные в п. 1 (индуктивность L_Aприближенно можно принимать за 45 мГн). Результаты расчетов занести в табл. 19.1.

ВОПРОСЫ САМОПРОВЕРКИ ДЛЯ ДОПУСКА К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

Нарисуйте кривые напряжения на конденсаторе и на резистивном сопротивлении RС-цепи, если к входу цепи приложено напряжение прямо­угольной формы.

Нарисуйте кривые напряжения на резистивном сопротивлении и ин­дуктивности в RL-цепи, если к входу цепи приложено прямоугольное напряжение.

Как рассчитать постоянные времени т в неразветвленных RL - и RC цепях?

4.B течение, какого времени происходит переходный процесс в цепи:

a) теоретически; 6) практически? Какие существуют критерии практичес­кого окончания переходного процесса?

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Собрать цепь по схеме рис. 19.7. Регуляторы на блоках стенда уста­новить в следующие позиции. На блоке питания включить тумблеры "Сеть", "Генератор", "Коммутатор—осциллограф"; на блоке Г1 тумблер "Генератор" установить в положение "Внутр."; на блоке Г2 переключатель "ПФ" —

регуляторы "Подстройка 1 и 2" повернуть против часовой стрел­ки до отказа; на блоке ГЗ тумблер "Вых. мощи." — в "Норм.", тумблер "Пределы" — в "10 B", регулятором выходного напряжения установить стрелку вольтметра на отметку 50° по верхней шкале. (Напомним еще раз что при напряжениях, имеющих форму, отличную от гармонической, показания вольтметра V1 представляют только некоторые условные де­ления, а не напряжения в вольтах. Измерить размах напряжений произволь­ной формы можно только осциллографом, произведя его калибровку. На магазине АМ установить сопротивление 20 Ом. На блоке ЭК: тумблер "Каналы" — в среднее положение (1 +2), тумблеры "Ослабление" — в "1 : 10", тумблеры первого канала и "Вход X" — в положение "Внутр.", при этом к каждому каналу осциллографа будет Подведено напряжение прямоугольной формы c периодом 500 мкс каждое. Регулятор "Усил. Х" установить в такое Положение, при котором размер изображении по горизонтали находится B пределах сетки на экране осциллографа, a регулятор "Развертка" — в положение, при котором период прямоугольного напряжения занимает пять клеток, при этом цена клетки по горизонтали получается 500/5 = 100 мкс/кл. Регуляторы "Уcил. плавно" установить в положения, при которых размах каждого изображения занимает три клетки. C помощью регуляторов "Расхождение" установить кривую напряжения первого канала в верхней части экрана, а второго канала — в нижней. Если длительности импульсов и паузы несколько отличаются друг от друга, то регулятором "Подстройка2" на блоке Г2 сделать эти длительности одинаковыми. После произведенных установок верхняя кривая будет показывать напряжение, подведенное к входу цепи, a нижняя — напряжение на кон­денсаторе C. При R=20 Ом постоянная времени τ цепи RС мала (τ=RC), поэтому конденсатор заряжается и разряжается достаточно быстро. В этом случае кривая напряжения на конденсаторе мало отличается от кривой входного напряжения. Зарисовать изображения.

Примечание. Кривые с экрана осциллографа в данном и последую­щих экспериментах следует зарисовывать вместе с координатной сеткой с указанием цены деления. Около каждой кривой следует оговорить вид цепи, значения элементов, из которых собрана цепь, и постоянную вре­мени этой цепи.

2. Устанавливать на магазине R_М сопротивления 20, 40, 80, 160, 320, 640, 1.280, 2560, 5120 Ом, наблюдать за Изменением кривой напряжения на конденсаторе, зарисовывать изображения.

3. Установить на магазине R_М сопротивление 20 Ом. Поменять места­ми проводники, подходящие к выходным гнездам блока Г3. При этом на первом канале по-прежнему будет напряжение, подведенное ко входу цепи (это напряжение подается c генератора на вход первого канала осциллографа внутри стенда) , а на втором канале — напряжение, снимаемое c ре­зистивного сопротивления R_М и, следовательно, повторяющее форму то­ка. Изменять сопротивление R_M от 20 до 5120 ОМ, зарисовывать изобра­жения.

4. Вместо конденсатора С_Н подключить катушку индуктивности L_А. Так как постоянная времени RL-цепи определяется из выражения τ =L/R, то при 6ольшом значении R (R=5,12 кОм) , г получается величиной малой, форма тока в этом случае окaзывaется близкой к форме входного напря­жения. Уменьшать сопротивление R_М c 5120 до 20 Ом, при этом постоян­ная времени будет возрастать и форма падения напряжении на резистив­ном сопротивлении R_M , a следовательно, и форма тока в цепи станут все больше отличаться от формы входного напряжения. Зарисовать получаю­щиеся изображения.

5. Поменять местами проводники, подходящие к выходным гнездам блока Г3, при этом к Входу второго канала осциллографа будет подве­дено напряжение, снимаемое c катушки L_А. Изменять сопротивление R_М от 20 до 5120 Ом. Зарисовывать изображения.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЯ

1. Нанести Числовые значения времени на горизонтальных осях коорди­натной сетки для всех произведенных экспериментов.

2. Сравнить постоянные времени цепи со временем, практически зани­мaемым переходным процессом для всех произведеных экспериментов.

3. З. Объяснить вид и ход каждой кривой, полученной в эксперименте.

4. Сделать Вывод о зависимости искажений ОТКЛИКОВ от ПОСТОЯННОЙ времени цепи.

ВОПРОСЫ САМОПРОВЕРКИ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЛАБОРАТОРНОИ РАБОТЫ

1. Почему ток в индуктивности и Напряжение на емкости не могут из­меняться скачком, а напряжение на индуктивности и ток в емкости могут?

2. Каков физический смысл вынужденной и Свободной составляющих тока (напряжения)?

3. Нарисуйте кривую мгновенных напряжений на зажимах вольтметра в схеме рис. 19.8 после размыкания ключа K.

4. Рассчитать те постоянные времени цепи рис. 19.8 до и после размыка­ния ключа, если внутреннее сопротивление источника пренебрежимо мало.

5. B цепи рис. 19.3 U_m =100 B, R=10 кОм, C=1 мкФ. Через какое время напряжение на конденсаторе достигнет 50 В?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N° 13

ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕCСЫ B ЦЕПЯХ ВТОРОГО ПОРЯДКА

При подготовке к выполнению лабораторной работы N°20 необходимо проделать следующее:

1) изучить стр. 372 - з81 [1]; 2) изучить стр. 158 -165 данного пособия; 3) выполнить предварительный расчет; 4) ответить на вопросы ДЛЯ самопроверки.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучить переходные процессы в цепях второго порядка при подключе­нии цепи к источникам постоянного и гармонического напряжений.

КРАТКИЕ ПОЯСНЕНИЯ

Цепями второго порядка называются цепи, содержащие два накопителя энергии, например АLС - цепи рис. 20.1,а. Если входное напряжение скачкообразно изменять от 0 до Um, то могут иметь место три различных случая. Случай первый. Цепь имеет параметры, при которых R< 2 . Свободная составляющая напряжения на конденсаторе U_Cсв при этом из‑ меняется по колебательному закону кис. 20.1,б

U_Cсв= U_m е^-at sin (w_св +ξ)=U_me^-Wo/2QSin(w_св+ξ), где α=R/2L=w₀/2Q, w_св=

Q — добротность контура. При малых значениях R w_св ≈w₀=1/ . Величина a называется коэффициентом затухания. Чем больше значение ве­личины а, тем быстрее затухают свободные колебания, и наоборот. Пе­риод свободных колебаний _Тсв определяется из выражения Т _св=2π/w_св = 2π/ = 2π Амплитуда свободных колебаний уменьшается в 10 раз за время t _зат = 4,6 (Q/w₀) = 4,6 (L /R) , в 20 раз — за время t_зат=6(L/R), в 100 раз — за время t_зат=9,2(L/R). Практическое время переходного процесса t _Пер принимают за (3 ... 5)1 /а = (3 ... 5) 2L /R = (3 . . . ...5)2Q/w_св. За это время укладывается N колебаний, причем N ≈ Q, .где Q — до6ротность цепи. Таким образом, чем, выше добротность контура, тем большую избирательность обеспечивает данный контур в вынужден­ном режиме, но Тем дольше сказываются искажения (в данном случае в виде затухающих колебаний) в переходном режиме. По мере увеличения сопротивления R затухание возрастает, до6ротность падает, число Свобод­ных колебаний уменьшается. При R= , что соответствует Q=0,5, режим становится критическим, т. е. пограничным между колебательным и апериодическим. При таком Соотношении элементов цепи форма выходного напряжения повторяет форму входного. Искажения, обусловленные явлениями переходного процесса, при этом отсутствуют, но каким-либо избирательными свойствами в вынужденном режиме такой контур не обла­дает. При R> 2 добротность становится менее 0,5 и напряжение на конденсаторе нарастает и спадает по апериодическому закону (рис. 20.2) .

При включении RLС-цепи, обладающей малым затуханием, к источнику

синусоидального напряжения наиболее важными для практики являются

случаи: 1) собственная частота контура w_св≈w₀ частоте внешнего синусоидального напряжения w ); 2) частоты w_o и w близки, но несколь­ко отличаются друг от друга. Вынужденная составляющая напряжения на конденсаторе u_Cвын представляет гармоническое напряжение с частотой w и неизменной амплитудой Um_C, а свободная составляющая — затухающие колебания c частотой w_св≈w₀ . Поскольку частоты w и w₀ несколько от­личаются друг от друга, в некоторые моменты амплитуды этих напряже­ний оказываются между собой "в фазе", а в другие моменты "в противо­фазе". B первом случае амплитуда результирующего напряжения равна сумме амплитуд вынужденной и свободной составляющих, а во втором — разности амплитуд этих составляющих. При этом ВО время переходного процесса получаются биения c частотой Ω = (w-w_св)/2 (рис. 20.3) . Вообра­жаемая линия, показывающая закон изменения амплитуды результирующей кривой напряжения на конденсаторе, называется огибающей U_{m ог} (на рис. 20.з показана штриховой линией) . Величина U_{m оГ} в Общем случае представляет величину переменную, зависящую от времени. Если цепь включается на гармоническое напряжение, то во время переходного про­цесса величина Um _ог изменяется во времени, а по окончании переходно­го процесса превращается в постоянную величину, равную U_mC . Макси­мальное значение огибающей

U_{m ог}= U_mQ/ (1+e^-2αt - 2e^-αtcosΩ)

где U_m - максимальное значение входного напряжения, - обобщенная расстpойка.

ЕСЛИ внешняя частота w равна частоте свободных колебаний контура w_сВ , то Ω = 0, ξ=0 в этом случае биения отсутствуют, максимальное зна­чение огибающей определяется из выражения

^Umoг = UmQ(1 -e^-at) = UmQ(1 - ) (рис. 20.4). Сигналы вида рис. 20.4,а часто называют "радиоимпульсами", a иногда "пакетами c высокочастотным заполнением". Сигналы такого ви­да, по существу, представляют собой гармонические колебания, включае­мыe через промежутки времени, равные T/2» 2π/w), где w - угловая час­тота высокочастотного заполнения. Чем выше добротность цепи Q, тем больше амплитуда колебаний в вынужденном режиме, но тем медленнее нарастает и спадает огибающая выходного напряжения. Например, нарас­тание огибающей на рис. 20.4, 6 занимает время, равное времени "пакета", a время спадания равно времени паузы. При уменьшении добротности це­пи амплитуда выходного напряжения уменьшается; избирательные свой­ства в вынужденном режиме ухудшаются, но переходной процесс занима­ет меньшее время и искажения, обусловленные переходным процессом, соответственно уменьшаются (рис. 20.4, в) .

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ (ПО РИС. 20.5)

1. Рассчитать критическое сопротивление цепи LвСв. (Приближенно ин­дуктивность L _В можно принимать за 25 мГн, емкость С_В — за 18 нФ.)

2. Рассчитать добротности и периоды свободных колебаний Т_св при R_М = 320-640-1280-2560-5120 Ом. Сопротивление катушки R_L принять за 25 Ом.

Результаты расчетов занести в табл. 20.1.

Указание:

T_св=2π/w_св=2π/

c=2π10⁶/ , мкс

ВОПРОСЫ САМОПРОВЕРКИ ДЛЯ ДОПУСКА K ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Нарисуйте кривую напряжения на конденсаторе в RLC-цепи c малым затуханием, если напряжение на входе имеет прямоугольную форму.

2. Нарисуйте кривую напряжения на индуктивности в RLC-цепи c ма­лым затуханием, если напряжение на входе имеет прямоугольную форму.

3. Какое сопротивление называется критическим? Как его рассчитать?

4. B цепи рис. 20.1 сопротивление R изменяется от R << 2- до R >> 2 Как изменится при этом кривая выходного напряжения?

5. Нарисуйте кривую выходного напряжения цепи рис. 20.1, если вход­ное напряжение имеет гармоническую форму, а внешняя частота со близка к частоте свободных колебаний контура w_св

6. Нарисуйте кривую выходного напряжения цепи рис. 20.1, если ВХОД­НОЕ напряжение имеет вид пакетов с высокочастотным заполнением, а w=w_св

ЗАДАНИЕ

Исследовать переходной процесс в неразветвленной лепи с различными

затуханиями при подключении ее к источнику: а) неизменному во време­ни, 6) гармоническому напряжению (при ВОЗДЕЙСТВИИ на цепь радиоимпульсов).

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Собрать цепь по схеме рис. 20.5. Регуляторы на блоках стенда устано­вить в следующие положения. На блоке питания: Включить тумблеры "Сеть", "Генератор", "Коммутатор—осциллограф"; на блоке Г2: переключатель "Пф " установить в положение " " ; на блоке Г1: тумблер "Генератор" установить в положение "Внутр.", переключатель диапазонов

в "0,2 —2 кГц", плавным регулятором установить частоту 500 Гц (отмет­ка 50 на шкале частотомера); на блоке ГЗ: тумблер "Вых.мощн." — в по­ложение "Норм.", тумблер "Пределы" — в "10 B", регулятором выходного напряжения установить стрелку вольтметра V 1 на отметку 40 по ВЕРХНЕЙ шкале; на магазине R_M установить сопротивление 2560 Ом; на блоке ЭК: тумблер "Каналы" — в среднее положение (1 +2), тумблеры "Ослабле­ние" — в "1 : 10", тумблеры первого канала и "Вход X" — в положение "Внутр.", при этом к первому каналу будет подведено напряжение прямо­угольной формы с периодом T=1 /f =1 /500 =0,002 c=2 мс =2000 мкс, а ко второму каналу — напряжение с таким же периодом, но формой, несколько отличающейся от прямоугольной, поскольку это напряжение снимается с

конденсатора .

Регулятор "Усил. Х" установить в положение, при котором размер изображения по горизонтали находится в пределах сетки на экране, a регулятор "Развертка" — в положение, при котором период каждого изображения занимает восемь клеток, при этом цена клетки составляет 2000/8= ⁼250 мкс/кл =0,25 мс/кл. С помощью регулятора "Расхождение" установить изображение первого канала в верхней части экрана, a второго канала — в нижней. С помощью регуляторов "Усил." установить размах изображения в три клетки каждая. Поскольку при R_M =2560 Ом режим работы цепи R_ML _ВС_В близок к критическому (так как значение R_M близко к значению 2 ), форма напряжения на конденсаторе оказывается близкой к форме Входного напряжения.

2. Уменьшить сопротивление R_M до 160 Ом. При этом сопротивление R становится меньше сопротивления 2 и режим оказывается колебательным, причем, чем меньше сопротивление R, тем больше до6ротность цепи Q, меньше декремент затухания, тем медленнее устанавливается вы­нужденный режим и тем совершается большее число колебаний за время переходного процесса. (Напомним, что N^P≈Q.) зарисовать Получившиеся кривые с координатной сеткой, указывать параметры цепи.

3. Устанавливать на магазине R_M поочередно сопротивления 160—320-­640-1280-2560-5120 Ом. Зарисовывать изображения, указывать пара­метры цепи.

4. Вместо конденсатора С_В включить конденсатор С_А, емкость которо­го больше емкости конденсатора С_В. На магазине R_М устанавливать сопро­тивления 160 ... 5120 Ом, зарисовывать изображения.

5. Вместо конденсатора С_А подключить конденсатор С_Н, у которого С_H >> С_В. Проделать аналогичные эксперименты.

6. Вместо конденсатора С_Н подключить конденсатор С_К, y которого С_К << С_В. Проделать аналогичные эксперименты.

7. Вместо конденсатора С_К подключить конденсатор С_В. Конденсатор и катушку поменять местами, получится цепь, показанная на рис. 20.6. Пpи этом ко второму каналу осциллографа будет подводиться напряжение и_L , снимаемое c катушки индуктивности. Изменять сопротивление от 160 до 5120 Ом. Эксперименты проделать c конденсаторами С_В и С_К.

8. Исследовать переходные процессы при подключении АLС-цепи к ге­нератору радиоимпульсов, Т. C. сигналов, у которых половина периода пред­ставляет паузу, a вторая половина периода заполнена гармоническими ко­лебаниями c частотой си, период колебаний которых МНОГО меньше време­ни заполнения "пакета" (2π/ω << T/2) . для этого в стенде произвести сле­дующие переключении. На блоке Г1 регулятор "Частота плавно" повернуть до отказа против часовой стрелки, Т. е. в положение Наименьшей частоты; на блоке Г2 переключатель "П_Ф," установить в положение " "; на блоке ГЗ установить Наибольшее выходное напряжение; на магазине R_М установить сопротивление 160 Ом. C помощью регуляторов на ЭК изобра­жение напряжении высокочастотного пакета, подведенного ко входу перво­го канала, установить тек, как показано нa рис. 20.7 (размах -- одна клет­ка, время заполнения — три клетки, пауза — три клетки) . Если f =2 кГц, Т. e. период гармонического заполняющего напряжения составляет 50 мкс: а время заполнения 250 мкс, то в пакете укладывается пять периодов гаp­монического заполняющего напряжения. Так как внешняя частота со при этом значительно отличается от частоты свободных колебаний контура со_си„ то амплитуда выходного напряжения оказывается малой. Зарисовать получившиеся изображения.

9. Медленно увеличивать частоту на генераторе. По мере приближения внешней частоты к частоте свободных колебаний, амплитуда огибающей выходного напряжения станет возрастать и биения будут более заметными. Найти частоту, при которой внешняя частота f совпадает c частотой свободных колебаний f_св. При этом амплитуда огибающей выходного напряже­ния резко возрастает за счет резонансных явлений в контуре и будет на­растать и спадать по экспоненциальному закону (рис. 20.8) .Записать полyчившyюся частоту, зарисовать в масштабе изображения.

10. Зарисовать изображения при двух различных частотах биений, убедиться, что биения получаются как при f < f_сВ, таки при f>fcв.

11. Установить на генераторе резонансную частоту f = fсв. Увеличивать сопротивление R_М от 160 до 1280 Ом. Зарисовывать изображения. Убе­диться, что по мере увеличения сопротивления цепи добротность и практическое время переходного процесса уменьшаются. Размах выходного нап­ряжения при этом становится меньше, но вынужденный режим устанавли­вается быстрее, выходное напряжение оказывается менее искаженным по сравнению с входным.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

1. Нанести числовые значения времен на горизонтальных осях сеток для всех произведенных экспериментов.

2. Сравнить кривые выходных напряжений c аналогичными кривыми, по­лученными Теоретически.

3. З. Сравнить кривые напряжения на конденсаторе при различных значениях емкости C. Сделать вывод o зависимости частоты свободных колеба­ний от параметров исследуемой цепи.

ВОПРОСЫ САМОПРОВЕРКИ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБOТЫ

1. B цепи, изображенной на рис. 20.1, L =16,6 мГн, C⁼5,92 мкФ, R = =20 Ом. Рассчитать частоту свободных колебаний, практическое время пе­реходного процесса, Число свободных колебаний.

2. Как будут изменяться в предыдущем примере затухание a, период свободных колебаний Т_св, практическое время переходного процесса, если увеличивать: a) сопротивление R; б) индуктивность L ; в) емкость C ? При каких параметрах цепи режим становится критическим?

3. Через какое время в цепи, имеющей параметры, приведенные в при­мере 1, амплитуда свободной' составляющей уменьшится: а) в 2 раза; 6) в 5 раз; в) в 10 раз; г) в 20 раз; д) в 100 раз?

4. Докажите, что число свободных колебаний N близко к до6ротности цепи Q.

5. Чем отличаются кривые напряжения на конденсаторе в схеме рис. 20.5 от кривых напряжения на индуктивности в схеме рис. 20.6?

6. Какой, характер имеют процессы в RLC-цепи c малым затуханием при подключении цепи к источнику синусоидального напряжения, если: a) w

близка к w_СВ; 6) w=w_св?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N° 14 ИССЛЕДОВАНИЕ ДИФФЕРЕНЦИРУЮЩИХ ЦЕПЕЙ

При подготовке к выполнению лабораторной работы N°21 необходимо

проделать следующее: 1) изучить стр. 400-406 [1] ; 2) изучить стр. 165

173 данного сборника; 3) выполнить предварительный расчет; 4) ответить на вопросы для самопроверки.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Экспериментально определить форму сигналов на выходе дифференци¬рующей цепи при различных соотношениях постоянной времени цепи и длительности сигнала.

КРАТКИЕ ПОЯСНЕНИЯ

Дифференцирующими называются четырехполюсники, напряжение на выходе которых пропорционально производной по времени от напряже¬ния на входе, Т. e. четырехполюсники, в которых выполняются условия

u2 (t)~d/dt[u1(t)]

B качестве дифференцирующего элемента в таких цепях удобно исполь¬зовать конденсатор, поскольку мгновенные значения напряжения и ток в нем связаны соотношением i = С (dиc/dt). Следовательно, если собрать цепь, в которой выходное напряжение и2 (t) пропорционально току i (t), текущему через конденсатор, то она будет дифференцирующей. Чтобы выходное напряжение было пропорционально току, его следует снимать c резистора, включенного последовательно c конденсатором (рис. 21.1) . В этом случае форма выходного напряжения повторяет форму тока в цепи. Од¬нако наличие резистора нарушает Соотношение

u2 (t)~d/dt[u1(t)]

поскольку в этом случае напряжение на конденсаторе отличается от входного напряжения u1 на значение выходного напряжения u2 . Ток в цепи оказывается пропорциональным Производной по времени не от входного напряжения, а от разности между входным и выходным напряжениями.

Чем больше сопротивление R, a следовательно, и выходное напряжение u2 , Тем сильнее форма выходного напряжения отличается от производной входного напряжения по времени. Очевидно, что цепь, показанная на рис. 21.1, близка к дифференцирующей при и2 (t) << и1 (t) , поскольку только и этом случае ис(t) ≈u1(t). Так как в данной цепи i= C (dис/ dt) , ТО и2 (t) = Ri = RC(dис /dt) ≈RC(du1/dt)= τ (ди1 /dt) . Таким образом, дифференцирующей является цепь вида рис. 21.1 при малом коэффициенте передачи.

Теоретически такая цепь является точно дифференцирующей только при коэффициенте передачи, равном 0. По мере увеличения сопротивления R коэффициент передачи возрастает, a форма выходного напряжения u2 (t) Все больше Становится отличной от значений ди1/dt, ВСЕ более приближаясь к форме входного напряжения и1(t). Пhb и2 (t)≈u(t) Цепь из дифференцирующей превращается в разделительную. Таким образом, дифференцирующими являются цепи, в которых К << 1 или R << XC или τ<<Т, где τ — постоянная времени цени, Т период (для периодических) Или длительность (для непериодических) сигналов. Несмотря на то, что получить Идеальное дифференцирование не представляется возможным, дифференцирующие цепи, собранные на пассивных RC-элементах широко используются на практике. Подобные цепи применяют чаще всего для получения узких коротких импульсов с крутыми фронтами, а вовсе не для Математического дифференцирования. Кроме того, определить условие, при котором четырехполюсник является дифферeнцирyющим, можно и из следующих соображений. Операция дифференцирования по времени в комплексной форме соответствует умножению на множитель jw, по¬этому -дифференцирующим будет любой четырехполюсник, для которого выполняется условие U2~ j wU1 , Т. e. передаточная функция цепи пропор¬циональна частоте. Передаточная АЧХ идеального дифференцирующего че-тырехполюсника представляет собой прямую 1, проходящую через начало координат (рис. 21.2). Комплексная передаточная функция цепи рис. 21.1 определяется из уравнения

H = R/(R+1/jwC) = jwRC/(1+jwRC)

кривая модуля которого 2 также показана на рис. 21.2. Если выполняется условие wRC << 1, ТО вторым слагаемым в знаменателе можно пренебpечь, В этом случае H=jwRC, Т. e. выполняется условие дифференцирова¬ния. Из приведенных соотношений следует, что цепь является практически дифференцирующей при выполнении условий R<< 1/wC, или что одни и то же, при w << 1 /RC=1/τ.

Предельной частотой, при которой цепь еще можно приближенно принимать за дифференцирующую, считают граничную частоту цепи w гр 1/RC. Малый коэффициент передачи является Серьезным недостатком дифференцирующей цепи. От этого недостатка свободна активная дифференцирующая цепь. Как известно (см. лабораторную работу N°5), в цепи рис. 21.3,а Комплексный коэффициент передачи K= Z2 /Z1 . Если в качест¬ве элемента Z1 включить конденсатор емкостью С, a В качестве элемента Z2 - резистор сопротивлением R, ТО схема приобретает вид, рис. 21.5,6. Комплексное Выражение передаточной функции для этого случаи H = R/(1/jwC) = jwRC. Но всякая цепь, передаточная функция которой пропорциональна частоте, представляет дифференцирующую цепь. Если в пассивной дифференцирующей цепи Коэффициент передачи МНОГО Меньше единицы, то в активной цепи он может быть либо близким к единице, либо даже больше единицы при одинаковом качестве дифференцирования для определения формы сигнала на Выходе дифференцирующей цепи необходимо графически построить производную по времени от входного напряжения. Напомним, что производная представляет величину, пропорцио¬нальную тангенсу угла наклона между касательной, проведенной в данной точке, и осью времени.

Примеры кривых входного и выходного напряжений показаны на рис. 21.4. Если напряжение на входе дифференцирующей цепи нарастает скачко¬образно, то ток в С-цепи, a следовательно, и выходное напряжение иR на¬растают также скачкообразно. Но при скацкоо6разном уменьшении напря¬жения конденсатор разряжается по экспоненциальному закону, причем, чем больше постоянная времени цепи, тем медленнее разряжается конден-сатор и тем кривая на выходе сильнее отличается от производной. Напри¬мер, при напряжении прямоугольной формы на входе, напряжения на вы¬ходе имеют вид рис. 21.5. Если дифференцирующая цепь нагружена на емкость, например входную емкость следующего каскада (рис. 21.6) , то это приводит к следующим изменениям:

1) Постоянная времени эквива¬лентной цепи увеличивается и становится равной (C + Сн)R; 2) Вслед¬ствие наличия емкости Сн, напряжение на Выходе нарастает не скачком, a также по экспоненте, поскольку напряжение на емкости СН не может изменяться скачкообразно. B результате, верхушки импульсов получаются более скругленными, уменьшается крутизна нарастания переднего фронта, увеличивается длительность импульса, уменьшается амплитуда выходно¬го напряжения (рис. 21.7) .

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ

Рассчитать сопротивление конденсатора СН на частоте f =2 кГц. (Емкость конденсатора Сн приближенно можно принимать за 250 нФ.)

Выбрать сопротивление R, имеющееся в магазине RM, которое в 5 ... 10 раз меньше сопротивления Хс, полученного в п.1, рассчитать мо¬дуль коэффициента передачи на этой частоте.

Нарисовать кривые напряжения на выходе дифференцирующей це¬пи, Нарисовать кривые напряжения на выходе дифференцирующей це¬пи, если входное напряжение имеет форму: a) синусоидальную; 6) треугольную; в) пилообразную; г) прямоугольную; д)однополупериодную; e) вида рис. 21.8,а (т. е. состоящую из первой и второй гармонических составляющих) ; ж) трапециевидную (рис. 21.8,6)

ВОПРОСЫ САМОПРОВЕРКИ ДЛЯ ДОПУСКА K ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

Какие цепи называют дифференцирующими?

Нарисуйте схему пассивной дифференцирующей RC,-цепи.

Нарисуйте кривые напряжения на выходе дифференцирующей цепи, если напряжение на входе имёет форму: a) синусоидальную; б) треуголь¬ную; в) однополупериодную; г) прямоугольную.

Как изменятся кривые выходного напряжения по условиям вопроса

3 при Увеличении сопротивления R?

Как определить диапазон частот, в котором цепь является практичес¬ки дифференцирующей?

Нарисуйте схему дифференцирующей ARC-цепи.

ЗАДАНИЕ

экспериментально получить кривые выходного напряжения при входных напряжениях различных форм ДЛЯ цепей, у которых τ << T,τ ≈ T и τ>>T. Сравнить дифференцирующие цепи, собранные на пассивных и ак¬тивных элементах.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Собрать цепь по схеме рис. 21.9. Регуляторы на генераторе установить в положения, при которых выходное напряжение имеет синусоидаль¬ную форму с частотой 2 кГц. Регулятор "Вых. напр." на блоке Г3 повер¬нуть до отказа по часовой стрелке, Т. е. в положение наибольшего выход¬ного напряжения. На магазине RМ установить сопротивление, полученное в п. 2 предварительного расчета (например, RМ = 40 Ом). Регуляторы на ЭК установить в положения, при которых размах кривой на первом канале занимает две-три клетки, период — пять клеток (при этом цена клет¬ки по горизонтали составляет 100 мкс/кл), размах изображения на втором канале — желательно две-четыре клетки, но не менее одной. Кривые входного напряжения (т. e. изображения на первом канале) удобно располагать в верхней части экрана, а выходного — в нижней. Убедиться, что кривая выходного напряжения опережает кривую входного на 90° и, сле¬довательно, является ее производной. Зарисовывать координатную сетку и кривые на обоих каналах после каждого произведенного эксперимента.

Записывать значения Rм .

2. Переключатель "ПФ" на блоке Г2 перевести в положение " ". Регулятор "Подстройка 2" повернуть до отказа против часовой стрелки. При этом на входе дифференцирующей цепи окажется напряжение тре¬угольной формы. Изменять сопротивление RM от значения много меньше¬го до значения много большего, чем емкостное сопротивление 1 /wСН (на¬пример, от 40 до 5120 0м) , где w — частота повторения входного сигнала. Регулятором "Усил." второго канала поддерживать размер изображения примерно одинаковым. Наблюдать за изменением формы выходного на¬пряжения. Убедиться, что по мере увеличения постоянной времени цели форма выходного напряжения превращается из производной входного напряжения по Времени в само Входное напряжение, а цепь, следователь¬но, из дифференцирующей в разделительную.

З. C помощью регуляторов "Пф" и "Подстройка 2" на блоке Г2 уста¬навливать Входные напряжения треугольной, пилообразной, прямоуголь¬ной c различными скважностями, однополупериодной форм. Изменять сопротивление RM от 40 до 5120 Ом. Наблюдать за изменение" формы выходного напряжения. Зарисовывать изображения в характерных точках.

4: Установить: RM =80 Ом, "Пф," — в " ". "Подстройка 2" — против часовой стрелки. Вместо конденсатора СН включить конденсатор СА. После указанных переключений на входе дифференцирующей цепи будет напряжение прямоугольной формы, а на Выходе -короткие импульсы. Регулятором "Усил." Во втором канале получить изображения c разма-хом Пять—Шесть Клеток. Зарисовать изображения. Параллельно сопротив¬лению RM подключить емкость СН. Изображение на втором канале при этом резко ухудшается.

5. Собрать схему, изображенную на рис. 21.10. B блоках стенда произ¬вести следующие переключения: на блоке питания Включить тумблер "Умножитель частоты"; на блоке Г2 переключатель "Пф" установить в положение " 2 кГц", регулятор "Подстройка 2" повернуть против ча¬совой стрелки; на магазине RM установить 80 Ом; на блоке ЭК тумблер первого канала перевести В положение "Внешн.",. при этом на первом ка¬нале окажется изображение напряжения, находящегося на входе диффе¬ренцирующей цепи, а на втором Канале — на выходе.

Примечание. Во всех предыдущих экспериментах на первый канал также подводилось напряжение, имеющееся на Входе цепи, но так как ЭТО напряжение снималось с блока Г2 (a не c блока УЧ), то на вход первого канала это напряжение подводилось автоматически, внутри стенда. Напряжение, снимаемое с выхода блока УЧ, внутри стенда к входу первого ка¬нала осциллографа не подводится, поэтому его следует подводить к внеш¬нему входу первого канала. На блоке УЧ тумблер первой и второй гармо¬ник установить в положение "Вкл.", остальные тумблеры — в положение "Выкл." Регуляторы амплитуды первой и второй гармоник — в положение максимального Напряжения, регулятор суммарного выходного напряжения (в нижнем отсеке блока) установить примерно в среднее Положение. Регулятор "Фаза" второй гармоники — в положение, при котором кривая Напряжения на первом канале имеет вид рис. 21.8,а. Сравнить изображения на Входе и выходе цепи. C помощью регулятора "Расхождение" наложить сигналы друг на друга, убедиться, что в точках с экстремальными значениями кривой на входе напряжение на выходе имеет нулевое значение, а в точках с наибольшей крутизной — наибольшее.

6. Поворачивать регулятор суммарного выходного напряжения на блоке УЧ по часовой стрелке до отказа. При этом форма напряжения на входе дифференцирующей цели станет изменяться за счет некоторого ограниче¬нии, появляющегося во входном сигнале. Проследить за изменением фор¬мы напряжения на выходе цепи.

7. Тумблеры первой и второй гармоник на УЧ перевести в положение "Выкл." Регулятор "Um∑" оставить в положении наибольшего напряже¬ния, регулятор выходного напряжения на блоке Г3 повернуть против ча¬совой стрелки, Т. Е. в положение наименьшего напряжения. На блоке УЧ пе¬ревести в положение "Вкл." тумблер "Сигналы", находящийся в нижнем отсеке блока. Медленно поворачивать регулятор выходного напряжения на блоке ГЗ. При малых напряжениях (примерно, менее 1 B) кривая на входе цепи будет иметь синусоидальную, а на выходе цепи соответственно — косинусоидальную формы. При дальнейшем увеличении напряжения, снимаемого с блока Г3, напряжение на выходе блока УЧ (т. е. на Входе дифференцирующей цели) будет приобретать трапециевидную форму, вследствие чего форма напряжения на выходе цепи резко изменится. Срав¬нить данные кривые, убедиться, что кривая на выходе цепи действительно пропорциональна производной по времени от напряжения на входе цепи.

8. Собрать активную дифференцирующую цепь по схеме рис. 21.11. На магазине RМ установить сопротивление 40 ... 80 Ом. Это сопротивление не требуется для работы дифференциатора, a ставится только для того, чтобы нейтрализовать влияние паразитной индуктивности соединительных проводников. В этом легко убедиться, установив на магазине RM сопротивление, равное 0. При наличии на Входе сигналив c крутыми фрон¬тами при RM = 0 на выходе будет наблюдаться колебательный переходной процесс c достаточно большой частотой собственных колебаний. Чтобы избавиться от этих колебаний, вводят сопротивление RM ≈2√(L/C).

где L — индуктивность соединительных проводников. При заданных часто¬тах RM, равное 40…80 Ом, оказывается много меньше емкостного сопро¬тивления 1 /wСA, поэтому на работе дифференцирующей цепи оно практи¬чески не сказывается.

На блоках стенда произвести следующие переключения: на блоке пита¬ния выключить тумблер "Умножитель частоты" и включить тумблер "Пла¬та элементов"; на ЭК тумблер первого канала перевести в положение "Внутр. на блоке Г2 переключатель "ПФ" установить в положение " "

регулятор "Подстройка 2" повернуть до отказа против часовой стрелки; на блоке ГЗ регулятор выходного Напряжения повернуть до отказа по часовой стрелке.

9. Устанавливать напряжения треугольной, пилообразной, прямоугольной c различными скважностями, однополупериодной форм. Зарисовывать напряжения на входе и выходе дифференцирующей цепи. Проверять влия¬ние сопротивления АМ на форму выходного напряжения.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

На горизонтальных осях координатных сеток проставить время в микросекундах.

Проанализировать кривые на входе и выходе дифференцирующих це¬пей, сделать вывод o возможности использования пассивных и активных АRС-цепей для получения узких импульсов c крутыми фронтами.

Рассчитать отношение длительностей импульсов на выходе цепи D2 к

длительности на входе D1 . Примечание. Длительности импульсов отсчитывают на уровне 0,5 максимального значения.

Рассчитать постоянные времени τ пассивной RС-цепи при различных

значениях сопротивления RМ и отношения τ/T, где T — период сигнала на входе цепи.

Сравнить кривые выходного напряжения пассивной RС-цепи при различных значениях сопротивления RМ и сделать вывод o свойствах данной цепи при Изменении отношения R/XC(1) , где Хс(1) — сопротив¬ление конденсатора

начастоте первой гармоники.

ВОПРОСЫ САМОПРОВЕРКИ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

Ко входу дифференцирующей цепи приложены напряжения вида рис. 21.12,а—в. Нарисуйте кривые напряжения на выходе этой цепи.

докажите, что при τ « T цепь, показанная на рис. 21.1, является практически дифференцирующей.

Нарисуйте дифференцирующую ARС-цепь. Объясните назначение каждого элемента цепи. Докажите, что в данной цепи

u2 (t)~du1/dt.

Нарисуйте семейство кривых выходного напряжения в цепи рис. 21.1, если ко входу цепи приложено напряжение прямоугольной формы, a сопро¬тивление R увеличивается от малой величины до ∞. Какие при этом получаются соотношения между постоянной времени цепи г и периодом сиг¬нала T?

B цепи рис. 21.1 C=10 нФ R =10 кОм. В каком диапазоне частот цепь можно считать практически дифференцирующей? Рассчитайте модуль коэффициента передачи при: a) f = fMax б) f =0,5fmax.

Объясните назначение сопротивления RM в цепи рис. 21.11.

Как сказывается емкость, включенная на выход дифференцирующей цепи? Приведите примеры.

Для каких целей используют дифференцирующие цепи?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N° 15

ИССЛЕДОВАНИЕ ИНТЕГРИРУЮЩИХ ЦЕПЕЙ

При подготовке к выполнению лабораторной работы N°22 необходимо

проделать следующее : 1) изучить стр. 407-409 [1] ; 2) изучить стр. 173