4.2. Интегрирующая rc цепь.
Цель работы - разобраться в методике исследования и выполнить индивидуальное исследование цепи с заданными параметрами (см. таблицу вариантов)
№ |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
R (кОм) |
0,1 |
0,5 |
1 |
1,5 |
2 |
2,5 |
3 |
3,5 |
4 |
4,5 |
5 |
5,5 |
С (мкФ) |
15 |
10 |
5 |
2,5 |
2 |
1,5 |
1 |
0,5 |
0,2 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
Источником сигнала является Function Generator из меню Instruments, включенный в режиме прямоугольных импульсов.
Рис 4.8. Опции функционального генератора
Ниже приведен пример исследования интегрирующей RC цепочки с некоторыми параметрами.
Рис 4.9. Схема включения интегрирующей RC цепи
Рис 4.10. Временная диаграмма для частоты 10 Гц
Свойства интегрирующей RC цепи зависят от постоянной времени τ=RC и от соотношения длительности импульса tи и τ. При указанных параметрах схемы τ=10310-6=10-3 с.
При частоте следования импульсов f=10 Гц, длительность импульса составляет tи=1/2f=1/(2·10)=5·10-2 с, tи >>τ. Фронты выходного сигнала заваливаются. Длительность фронтов зависит только от постоянной времени τ и не зависит от длительности и частоты следования импульсов.
Для измерения длительности фронта увеличим скорость развертки (рис 4.11). Реперами измеряем длительность фронта tф на уровне от 0.1 до 0.9 от максимального: tф=3 мс=3RC, tи=1 мс=10-3 с = RC = 103·10-6 c.
Рис 4.11. Временная диаграмма для частоты 10 Гц при измерении длительности фронта
Рис 4.12. Временная диаграмма для частоты 100 Гц
При увеличении частоты источника до 100 Гц (т. е. уменьшения длительности входного импульса) форма выходного импульса существенно изменяется. Осциллограмма приведена на рис 4.12.
Дальнейшее увеличение частоты следования импульсов приводит к осциллограмме рис 4.13
Рис 4.13. Временная диаграмма для частоты 1000 Гц
Сигнал на выходе становиться линейно изменяющимся (треугольным), что означает более точное интегрирование входного сигнала.
Вывод;
при длинных импульсах tи >> τ RC цепь искажает фронты выходного сигнала tф=3RC;
при коротких импульсах t и << τ RC цепь интегрирует входной импульс, который приобретает треугольную форму. Часто используется в формирователях треугольного напряжения.
4.3. Последовательная rlc цепь
Цель работы - разобраться в методике исследования и выполнить индивидуальное исследование последовательной RLC цепи с заданной резонансной частотой параметрами f0 (см таблицу вариантов). R1=1 Ом, L и C выбираются произвольно.
№ |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
f0 (кГц) |
1.5 |
2 |
2.5 |
3 |
3.5 |
4 |
4.5 |
5 |
5.5 |
6 |
6.5 |
7 |
Ниже приведен пример исследования последовательной RLC цепи с некоторыми параметрами. Источником сигнала является Function Generator из меню Instruments, включенный в режиме прямоугольных импульсов.
Исследовать сигнал на выходе при частоте следования импульсов f ниже резонансной, резонансной и выше резонансной.
Рис 4.14. Исследуемая RLC цепь
Осциллограф контролирует форму и амплитуду входного и выходного сигнала. Боде-плоттер служит для определения резонансной частоты.
Рис 4.15. АЧХ RLC цепи
Рис 4.16. Осциллограмма сигналов на резонансной частоте f0=5.16 кГц.
Резонансная частота составляет f0=5.163 кГц.
При входном импульсном сигнале резонансной частоты f0 выходной сигнал представляет собой синусоидальный сигнал частоты f0.
Рис 4.17. Осциллограмма сигналов на частоте f=4 кГц, меньше резонансной частоты f0
При частоте следования импульсов меньше резонансной (4 кГц) выходной сигнал представляет собой синусоидальный сигнал, совпадающий с входной частотой f=4 кГц, но заметно меньшей амплитуды, чем на резонансной частоте.
Рис 4.18. Осциллограмма сигналов на частоте f=6 кГц, большей резонансной частоты f0
При частоте следования импульсов больше резонансной (6 кГц) выходной сигнал также представляет собой синусоидальный сигнал совпадающий с входной частотой f=6 кГц, , но заметно меньшей амплитуды, чем на резонансной частоте.
Выводы: Последовательная RLC цепь выделяет первую гармонику из прямоугольного сигнала резонансной частоты и ослабляет высшие гармоники.