3. Задания на экспериментальные исследования и методика их выполнения на компьютере (ewb, multisim)

Лабораторная работа выполняется на рабочем поле виртуальной лаборатории с использованием программы схемотехнического моделирования EWB, MULTISIM.

Лабораторные задания выполнять в соответствии с вариантом указанным преподавателем (табл. 1.1.).

Таблица.3.1.

№ Варианта	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
Um ,(В)	2	1	4	1	1	1	4	4	2	2	6	6	8	8	8	8
f, (кГц)	1	2	4	5	1	4	5	2	5	2	4	5	5	4	2	1
tи, (мкс)	100

Задание 1. Иизмерить параметров сигнала генератора гармонических колебаний с помощью осциллографа и вольтметра

1. С обрать схему измерения (см. рис.3.1).

Рис.3.1

1.2. Измерить параметры гармонического сигнала с помощью осциллографа.

1.2.1. Установить на выходе генератора гармонический сигнал с амплитудой U_m, частотой f, как указано в табл.3.1.

1.2.2. Получить на экране осциллографа устойчивое, неограниченное сверху, по оси Y, изображение 2 – 3 периодов гармонического сигнала в пределах всего экрана по оси х. Это достигается путем регулировки чувствительности канала А по оси Y (переключатель В/Дел), времени развертки по оси Х (переключатель Время/Дел) и установки осциллографа в режим внутренней синхронизации по каналу А с запуском развертки по положительному перепаду.

1.2.3. Нарисовать в отчете временную диаграмму гармонического сигнала в соответствии с изображением сигнала на экране осциллографа, показав единицы измерения по осям, а также амплитуду и период сигнала (рис.3.2).

1.2.4. Измерить осциллографом амплитуду U_m гармонического сигнала. Измерение амплитуды сводится к расчету ее по формуле (Рис. 3.2)

U_m = H_m^.K_y,

где H_m^.- амплитуда изображения сигнала в делениях шкалы по оси Y; K_y, - масштабный множитель по оси Y (значение переключателя В/Дел).

1.2.5. Измерить с помощью осциллографа период и вычислить частоту исследуемого сигнала.

Измерение периода сводится к расчету его по формуле (Рис. 3.2)

T = L^.K_x,

где L – изображение периода в делениях шкалы по оси Х; K_x, - масштабный множитель по оси Х (значение переключателя Время/Дел).

Рис.3.2.

Частоту сигнала рассчитать по формуле f=1/Т.

1.2.6. Измерить амплитуду и период сигнала с помощью визирных линий осциллографа и сравнить полученные значения с измеренным ранее. Для таких измерений перейти в режим увеличенной передней панели осциллографа (нажав кнопку Expand).

1.3. измерить мультиметром (вольтметром) амплитуду гармонического сигнала.

На дисплее мультиметра отображается действующее (эффективное) значение переменного напряжения U_д. Амплитуду сигнала рассчитать по формуле:

U_m = U_д = U_д /0.707= 1.41U_д

и сравнить с измеренным ранее.

Задание 2. Измерить параметров генератора прямоугольнных импульсов

2.1. Собрать схему измерения (см. рис.3.1).

2.2. Установить на выходе генератора сигнал в виде последовательности прямоугольных однополярных импульсов с амплитудой U_mB, частотой f и длительностью t_u, как задано по табл. 1.1.

2.3. Получить на экране осциллографа устойчивое, неограниченное сверху, по оси Y, изображение 2 – 3 периодов сигнала в пределах всего экрана по оси х.

2.4. Нарисовать временную диаграмму сигнала, наблюдаемого на экране, показав единицы измерения по осям, а также амплитуду, период и длительность импульса.

2.5. Измерить с помощью осциллографа основные параметры сигнала на выходе генератора. Результаты записать в отчет и сравнить с параметрами на выходе генератора.

Задание 3. Измерить с помощью двухканального осциллографа коэффициента передачи по напряжению.

По определению коэффициент передачи по напряжению определяется из соотношения K_u=U_2m/U_1m , где: U_2m ,U_1m – амплитуды гармонических сигналов на выходе и входе исследуемой цепи

3.1. Собрать схему приведенную на рис.3.3. На выходе генератора установить гармонические колебания с амплитудой U_1m=1В и частотой f=5кГц.

3.2 На экране осциллографа получить устойчивое не искаженное изображение обоих сигналов (рис.3.4а) и измерить их амплитуды U_2m ,U_1m..

3.3. По экспериментальным данным рассчитать коэффициент передачи K_u=U_2m/U_1m.

3 .4 Анализ RC-цепи показывает, что ее коэффициент передачи определяется выражением K_u=(1+(RC)²)^1/2. Рассчитать по нему коэффициент передачи и сравнить с экспериментальным.

Рис.3.3.. Схема измерения коэффициента передачи и фазового сдвига.

Задание 4. Измерить с помощью двухканального осциллографа фазового сдвига двух гармонических сигналов в простейших rc (rl) – цепях

4.1 Собрать схему приведенную на рис.3.3. На выходе генератора установить гармонические колебания с амплитудой U_1m=1В и частотой f=5кГц.

4.2 На экране осциллографа получить устойчивое не искаженное изображение обоих сигналов и измерить период сигнала T и временной сдвиг между сигналами T_φ (см. рис.3.4б).

Фазовый сдвиг рассчитывается по формуле  =φ₂ - ₁ =360^о (T_/T), где T – период сигнала (рис.16 а.), а T_φ – временной сдвиг между сигналами (рис.16 б.). Временной интервал на экране осциллографа можно измерить, используя визирные линии, которые ориентируют по максимуму гармонической функции, как показано на рис. 16а. Значительно точнее можно измерить временной сдвиг ориентируясь по пересечению сигналами уровня нуля. Визирные линии можно вызвать, включив режим Expand. Величину временного интервала можно прочесть в окне под экраном. Результаты измерений занести в отчет.

а) б) Р ис.3.4.

Выходной сигнал может отставать по фазе от входного сигнала и тогда он располагается справа от входного (рис.3.4б.). Фазовый сдвиг в этом случае берется со знаком минус. В случае опережения выходного сигнала (он располагается слева от входного) фазовый сдвиг берется положительным.

Например, на рис.7, T=500 мс, |T_φ|=67 мс, тогда  =₂ - ₁ = –360^о (T_/T) примерно равняется –48^o. Выходной сигнал отстает по фазе от входного на 48^о.

Задание 5. Исследовать зависимость мощности и напряжения на нагрузки от величины сопротивления нагрузки

5.1 Собрать схему исследования (Рис.3.5).

Н а выходе генератора установить гармонический сигнал с амплитудой 1В. Изменяя сопротивление Rn диапазоне от 0 до ∞ измерять U_mn. Результаты измерений занести в табл.3.2. Рассчитать активную мощность на сопротивление нагрузки Rn (Р_н= U²_mn/Rn) и результаты занести в табл.3.2.

Рис. 3.5.

Таблица 3.2.

Rn, Ом	0	10	20	30	50	70	100	103	∞
Umn, В
Рн, Вт

Построить графики зависимостей U_mn =F(Rn), Р_н, =F(Rn) и сделать выводы относительно условий получения на нагрузке максимальной амплитуды напряжения и максимальной активной мощности выделяемой в нагрузке.