ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАНЯТИЕ № 2

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ГАРМОНИЧЕСКИХ И ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ НА ЛИНЕЙНЫЕ ПАССИВНЫЕ ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКИ

Цель работы

Приобрести практические навыки экспериментального определения:

• параметров гармонических и импульсных сигналов;

• реакций типовых пассивных линейных цепей на детерминированные гармонические и импульсные сигналы;

• амплитудно – частотных и фазо – частотных характеристик линейных цепей.

Задание на подготовку к проведению лабораторной работы

Повторить (по конспектам лекций и рекомендованной литературе) теоретический материал, соответствующий тематике лабораторной работы.

Допуск к лабораторной работе проводится в виде письменной работы с ответами на контрольные вопросы.

Изучить по данному руководству порядок выполнения работы и подготовить структуру отчета с указанием наименования работы, целей работы, пунктов экспериментальных исследований. В каждом пункте исследований привести схемы измерений, таблицы, координатные оси для построения графиков (масштабы выбирают­ся исполнителем), Оставить место для расчетов и выводов (некоторые из выводов в общем виде можно написать в ходе подготовки к заня­тию).

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

1. Параметры гармонического сигнала:

U_m –амплитуда (максимальное отклонение мгновенного значения сигнала от среднего значения);

U – действующее значения сигнала, U = 0,707U_m;

Т – период колебания (интервал времени между двумя максимумами колебания);

f - циклическая частота (частота), величина, обратная периоду колебания;

ω – угловая частота, ω = 2πf;

φ₀ – начальная фаза (выраженное в градусах или радианах положение ближайшего максимума сигнала относительно момента отсчета).

2. Параметры видеоимпульсного периодического сигнала;

U_m –амплитуда (максимальное значение сигнала);

Т_и – период следования импульсов (интервал времени между фронтами (срезами) двух соседних импульсов периодической последовательности);

f _и – частота следования импульсов, f _и = 1/ Т_и ;

τ_и - длительность импульса (время действия одного импульсного сигнала);

Q – скважность импульсов (отношение периода следования импульсов к длительности импульса Q = Т_и/ τ_и);

N – коэффициент заполнения (величина, обратная скважности);

Е_и – энергия одного видеоимпульса (Е_и = U_m² τ_и).

3. Параметры линейного пассивного четырехполюсника:

комплексный коэффициент передачи четырехполюсника (комплексная передаточная функция четырехполюсника) – функция, характеризующая свойства четырехполюсника в частотной и фазовой областях;

К(ω) – амплитудно – частотная характеристика четырехполюсника (функция зависимости коэффициента усиления (передачи) четырехполюсника от текущего значения частоты входного сигнала), определяется как модуль К(jω);

φ(ω) - фазо – частотная характеристика четырехполюсника (функция зависимости величины фазового набега, вносимого четырехполюсником в выходной сигнал, от текущего значения частоты входного сигнала), определяется как аргумент К(jω);

τ_ц - постоянная времени (характеризует продолжительность переходных процессов при подаче воздействия на вход четырехполюсника: считается, что при t = 3…5 τ_ц переходные процессы заканчиваются);

Δf_ц – полоса пропускания четырехполюсника (область частот, в пределах которой значения АЧХ четырехполюсника превышают уровень 0,707 от максимального значения);

h(t) – импульсная характеристика цепи (отклик пустой цепи на воздействие в виде дельта - функции).

4. Дифференцирующая цепь (ФВЧ):

• при отношении τ_ц / τ_и < 0,1 цепь дифференцирует входной импульсный сигнал;

• при отношении τ_ц / τ_и > 10 цепь передает входной импульсный сигнал практически без искажения.

5. Интегрирующая цепь (ФНЧ):

• при отношении τ_ц / τ_и < 0,1 цепь передает входной импульсный сигнал практически без искажения, а при τ_ц / τ_и ≈ 0,03 совпадение входного и выходного сигнала считается полным;

• при отношении τ_ц / τ_и > 0,5 цепь интегрирует входной импульсный сигнал, с увеличением отношения τ_ц / τ_и цепь по характеристикам приближается к идеальному интегратору.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Изобразите гармонический сигнал при временном представлении, укажите параметры сигнала.

2. Изобразите амплитудный спектр гармонического сигнала.

3. Какая цепь называется линейной?

4. Для каких цепей справедлив принцип суперпозиции? В чем он заключается?

5. Запишите закон Ома для ветви цепи, содержащей активные и реактивные элементы.

6. Как определяется реактивное сопротивление индуктивности, емкости?

7. Запишите общее аналитическое выражение для определения комплексной передаточной функции цепи.

8. Что называется импульсной характеристикой цепи?

9. Как взаимосвязаны импульсная характеристика цепи и комплексная передаточная функция цепи?

10. Дайте определение АЧХ и ФЧХ цепи.

11. Как определить сигнал на выходе линейной цепи, если известно его аналитическое описание и определены АЧХ и ФЧХ цепи?

12. Как определить сигнал на выходе линейной цепи, если известно его аналитическое описание и определена импульсная характеристика цепи?

13. Какая цепь называется «пустой»?

14. Как определяется полоса пропускания линейной цепи?

15. Изобразите АЧХ (примерный вид) дифференцирующей и интегрирующей цепи, укажите полосу пропускания.

16. Получите аналитическое выражение АЧХ представленных ниже цепей

17. Определите (на основании логических рассуждений) коэффициент передачи представленных выше цепей на частоте, стремящейся к бесконечности, на нулевой частоте.

18. Укажите условия, при которых цепь является дифференцирующей (интегрирующей).

19. Определите постоянные времени цепей (п. 14), если R1 = R2 = 200 Ом, С = 1 мкФ, L= 0,1 мкГ.

20. Что характеризует величина 1/τ_ц ?

21. Изобразите периодическую последовательность прямоугольных видеоимпульсов и укажите ее параметры.

22. Как определяется мощность одиночного видеоимпульса?

23. Как определить скважность и коэффициент заполнения периодической последовательности видеоимпульсов?

24. Как определить энергию одиночного прямоугольного импульса?