Практическая работа № 5 Исследование процесса прохождения сигналов через линейные стационарные цепи (rc и rl) - фильтры низкой и высокой частоты

Цель работы: Изучение процессов прохождения радиотехнических сигналов через линейные стационарные цепи. Исследование отклика фильтров низких частот на периодический входной сигнал.

Задание № 1. Провести теоретическое исследование периодического сигнала на входе цепи с использованием ММ.

1. Записать ММ сигнала (аналитическое представление).

2. Построить осциллограмму и теоретически рассчитанный амплитудный спектр сигнала (в масштабе по осям). Частота следования видеоимпульсов в последовательности равна F = N кГц, длительность импульса составляет 50% от длительности периода повторения. Амплитуда сигнала равна N вольт, где N номер Вашего варианта определяется как две последние цифры в зачетной книжке.

Задание № 2. Аналитически определить частотный коэффициент передачи цепи.

1. В исследуемой RC цепи определить выражение частотного коэффициента передачи K(j).

2. Задать следующие параметры цепи: R = NОм, С = 100 NмкФ при N<4, либо С = 100 NнФ при N  4.

3. Построить в масштабе АЧХ цепи.

Пример выполнения задания 2.

Рис. 27. Схема исследуемой цепи

;

;

Рис. 28. Амплитудно-частотная характеристика RC – цепи

Частота среза цепи ω_среза определяется для значения модуля частотного коэффициента передачи равным 0,707 от максимального значения.

Задание № 3. Определить отклик цепи (реакцию на входной сигнал).

На одном графике в масштабе отобразить спектр входного сигнала и АЧХ цепи. Проанализировать график (качественно) и дать заключение об отклике цепи (о возможности передачи сигнала по цепи без искажения). Письменно сформулировать вывод.

Пример выполнения задания 3.

Отклик линейной цепи U2(t) определяется только на частотах входного сигнала:

;

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Рис. 29. Спектр отклика цепи

Если частота среза ω_ср фильтра низкой частоты больше или равна верхней частоте спектра входного сигнала (ω_верхн=5ω₁), то считается, то сигнал прошел через цепь без искажений. Если ω_среза<5ω₁, то сигнал фильтруется цепью.

Задание № 4. Исследовать процесс прохождения детерминированных сигналов через фильтр высокой частоты на примере RL цепи.

Методика исследования изложена в заданиях 1-3. Параметры RL цепи подобрать таким образом, чтобы входной сигнал проходил через цепь без искажений.

Пример выполнения задания 4.

Методика исследования изложена в пунктах 1-3 работы.

Расчет АЧХ фильтра высокой частоты (Рис. 30).

;

Рис. 30. Схема исследуемой цепи

;

.

Рис. 31. Амплитудно-частотная характеристика RL – цепи

Если частота среза ω_ср фильтра высокой частоты меньше или равна основной частоте спектра (частоте первой гармоники) входного сигнала (ω_ср≤ω₁), то считается, то сигнал прошел через цепь без искажений. Если ω_среза>ω₁, то сигнал фильтруется цепью.

Контрольные вопросы.

1. Дать определение линейной стационарной цепи с сосредоточенными параметрами.

2. Дать определение частотного коэффициента передачи, АЧХ, ФЧХ.

3. Сформулировать требования к передаче сигнала по цепям без искажений.

4. Привести идеализированные характеристики фильтров низких и высоких частот.