3684
.pdf11
Оформление методики эксперимента
Для подготовки к экспериментальной части исследований предусмотрен раздел «Методика эксперимента», который поможет студенту применить методы математического анализа и моделирования для достижения цели работы. В процессе изучения раздела необходимо:
1)понять и записать в отчет вывод формульного выражения для получения значения физической величины, являющейся численным результатом работы (итоговое или расчетное выражение), особо отметив элементы моделирования (пренебрежение некоторыми внешними факторами) и сделав необходимые рисунки;
2)привести в отчете принципиальную схему испытаний с пояснениями, как и с какой точностью будут измерены физические величины, входящие в итоговое формульное выражение;
3)записать в отчет таблицу для испытаний и численные значения параметров установки и заданных физических величин, необходимых для начала эксперимента;
4)разобраться, из каких блоков состоит установка и какова роль каждого из них.
В некоторых лабораторных работах используются модульные учебные комплексы, оснащенные современной цифровой измерительной аппаратурой. Это является инновационным подходом в образовательных технологиях. Такой подход позволяет студенту научиться самостоятельно вырабатывать индивидуальные методы организации и проведения эксперимента.
В случае проведения вычислительного эксперимента необходимо в разделе «Методика эксперимента»:
1)записать выражение для численного моделирования результатов испытаний с описанием всех входящих в него символов;
2)привести значения всех констант, используемых при моделирова-
нии;
3)представить, как в вычислительном эксперименте задается время исследований и границы исследуемых величин;
4)привести параметры интерпретации модели к реальным данным, если они нужны.
Оформление результатов измерения
Результаты измерения являются важной частью любого научного исследования, поскольку несут основную информацию о проведенных исследованиях и могут быть использованы при решении огромного круга задач, обретение навыков их грамотного анализа является основой всех компетен-
12
ций будущего профессионала. Поэтому студент внимательно изучает порядок проведения лабораторной работы и в отчете формирует таблицу результатов эксперимента, рекомендованную пособием по лабораторному практикуму, делает обработку результатов измерения и определяет погрешности измерений.
На основании результатов эксперимента необходимо сделать и записать в отчет вывод по проделанной работе, в котором в соответствии с целью работы указывается:
1)какая характеристика и при каких условиях исследовалась при проведении эксперимента;
2)анализ результатов испытаний (в случае вычислительного эксперимента обязательно приводится текст программы на Matcad);
3)указываются приближения модели, в рамках которой проходило исследование.
Рекомендуем внимательно ознакомиться с образцом оформления отчета о проведении лабораторной работы.
Образец оформления цели лабораторной работы, описания модели и постановки задачи
Спектральное представление периодических сигналов.
Цель работы: научится проводить гармонический анализ и синтез периодических сигналов; ознакомится со свойствами амплитудных и фазовых частотных спектров периодических сигналов.
Анализ цели работы:
1)в работе вырабатывается навык гармонического анализа и синтеза периодических сисгналов;
2)внешние условия задаются различными значениями амплитуды Е,
длительности , периода повторения Т; 3) в основе исследований лежит метод преобразования Фурье.
Описание модели, постановка задачи
Сигнал называется периодическим, если для него выполняется условие: u (t) = u(t + T),
где Т – минимальный период повторения сигнала.
Разложение периодического сигнала в ряд Фурье имеет вид:
Постоянная составляющая определяется формулой:
13
амплитуды косинусоидальных составляющих –
амплитуды синусоидальных составляющих –
Частота 1 определяется периодом сигнала:
1 2 .
T
Если сигнал представляет собой четную функцию времени u(t)=u(-t), то в тригонометрической записи ряда Фурье отсутствуют синусоидальные коэффициенты bk, так как они обращаются в нуль. Для сигнала u(t), описываемого нечетной функцией времени, нулю равны косинусоидальные коэффициенты ak, постоянная составляющая а0 также отсутствует.
Эквивалентный ряд Фурье в вещественной форме:
где A0 a20 , An 
an2 bn2 – амплитуда, n=arctg(bn/an) – начальная фаза n-ой
гармоники сигнала.
Одиночный идеальный прямоугольный видеоимпульс описывается следующим уравнением:
u1(t) E |
|
|
t |
|
|
|
t |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
2 |
|
|
2 |
||
Ф(t) – функция Хевисайда (единичная функция включения), Е – амплитуда,– длительность импульса.
Последовательность прямоугольных импульсов представляет собой сумму одиночных импульсов:
u(t) (E u1(t k T))
k
Т – период следования импульсов.
Постоянная составляющая в спектральном разложении такого импульса определяется формулой:
|
|
14 |
|
q |
E |
– скважность периодической последовательности импульсов (в зару- |
|
u |
|||
|
|
бежной литературе вместо скважности используют обратную величину – коэффициент заполнения, duty cycle, равный и/T). При q=2 последовательность прямоугольных импульсов, когда длительности импульсов и промежутков между ними становятся равными, называют меандром.
В силу четности функции, описывающей анализируемый сигнал, в ряде Фурье, наряду с постоянной составляющей, будут присутствовать только косинусоидальные составляющие.
Гармонический синтез — получение заданных сигналов сложной формы суммированием гармонических составляющих их спектра.
Численное решение для моделирования амплитудного и фазового спектра периодической последовательности прямоугольных видеоимпульсов, имеющих амплитуду Е, длительность , период повторения Т
Формулы для вычисления периода T и основной круговой частоты :
Tq
2 T
Выражение для одиночного импульса:
u1(t) E |
|
|
t |
|
|
|
t |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
2 |
|
|
2 |
||
Для расчета последовательности импульсов необходимо ввести: k 10 10
u(t) (u1(t k T)) k
Формулы для вычисления амплитудного спектра: n:=1..30
|
E |
sin n |
|
|
|
An 2 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
Формулы для вычисления фазового спектра: |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
n if |
|
sin |
|
n |
|
|
0 |
0 |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
2 |
|
|
|||
Здесь отражено то, что при |
|
|
|
|
|
0 |
начальная фаза равна 0, а при |
||
sin n |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
sin
n |
|
0 |
начальная фаза равна . |
|
|
|
|||
|
2 |
|
|
|
15
Экспериментальные исследования проводятся в группах по 3-5 человек в соответствии с распределенным в начале семестра вариантом индивидуальной траектории, в котором указываются темы исследований.
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОДГОТОВКЕ РЕФЕРАТОВ
Поскольку лекции читаются не в полном объеме дисциплины, то студентам на самостоятельное изучение выносится ряд разделов. Преподаватель сообщает студентам содержание данных разделов и организует контроль знаний по заявленным темам. По результатам изучения приведенных тем студент составляет конспект или оформляет реферат. Темы заданий, вынесенных на самостоятельную работу, приводятся в таблице.
№ п/п |
Тема |
Номер источника |
|
|
|
|
|
|
Спектральная плотность неинтегрируемых сигналов. |
1 осн., 1 доп. л., |
|
1 |
Модулированные сигналы и их спектры. Дискретная |
||
интернет-источники |
|||
|
свертка сигналов. Корреляционный анализ сигналов. |
||
|
|
||
|
Фильтры нижних и верхних частот. Полосовая |
|
|
|
фильтрация. Условия неискаженной передачи сигнала |
1 осн., 1 доп. л., |
|
2 |
через электрическую цепь. Спектральные и переход- |
||
интернет-источники |
|||
|
ные характеристики. Волновое сопротивление. Со- |
||
|
|
||
|
гласование линий. Волноводы. |
|
|
|
Диоды, их разновидности (стабилитроны, варикапы, |
|
|
|
туннельные диоды). Биполярные транзисторы. Поле- |
|
|
3 |
вые транзисторы, их разновидности. Нелинейные ис- |
1 осн., 1 доп. л., |
|
кажения. Подавление сигнала на нелинейности. Ум- |
интернет-источники |
||
|
|||
|
ножение частоты. Совместное воздействие на нели- |
|
|
|
нейный элемент сигналов большой и малой амплитуд. |
|
|
|
Апериодический усилитель (резистивный каскад). |
|
|
|
Усилитель постоянного тока. Дифференциальный |
|
|
|
усилитель. Стабильность характеристик системы. Ос- |
1 осн., 1 доп. л., |
|
4 |
лабление нелинейных искажений с помощью отрица- |
||
интернет-источники |
|||
|
тельной обратной связи. Типы обратной связи. Диф- |
||
|
|
||
|
ференциальный усилитель. Применение операцион- |
|
|
|
ных усилителей (сумматоры, активные фильтры). |
|
|
|
Стационарный режим автогенератора. Виды возбуж- |
|
|
5 |
дения автогенератора. КПД автогенератора и оптими- |
1 осн., 1 доп. л., |
|
зация режима запуска. Генераторы сверхвысоких час- |
интернет источники |
||
|
|||
|
тот. Кварцевые генераторы. |
|
|
|
Модуляция в параметрических цепях. Техническая |
|
|
|
реализация амплитудной модуляции. Импульсная и |
|
|
6 |
цифровая модуляции. Амплитудное детектирование в |
1 осн., 1 доп. л., |
|
параметрических цепях. Преобразование спектра в |
интернет источники |
||
|
|||
|
нелинейном шестиполюснике. Техническая реализа- |
|
|
|
ция преобразователя частоты. |
|
16
Подготовка рефератов направлена на развитие и закрепление у студентов навыков самостоятельного глубокого, творческого и всестороннего анализа научной, методической и другой литературы по актуальным проблемам дисциплины; на выработку навыков и умений грамотно и убедительно излагать материал, четко формулировать теоретические обобщения, выводы и практические рекомендации.
Рефераты должны отвечать высоким квалификационным требованиям в отношении научности содержания и оформления.
Темы рефератов, как правило, посвящены рассмотрению одной проблемы. Объем реферата может быть от 5 до 15 страниц машинописного текста (список литературы и приложения в объем не входят).
Текстовая часть работы состоит из введения, основной части и заключения.
Во введении студент кратко обосновывает актуальность избранной темы реферата, раскрывает конкретные цели и задачи, которые он собирается решить в ходе своего небольшого исследования.
Восновной части подробно раскрывается содержание вопроса (вопросов) темы.
Взаключении кратко должны быть сформулированы полученные результаты исследования и даны выводы. Кроме того, заключение может включать предложения автора, в том числе и по дальнейшему изучению заинтересовавшей его проблемы.
Всписок литературы студент включает только те документы, которые он использовал при написании реферата.
Вприложении (приложениях) к реферату могут выноситься таблицы, графики, схемы и другие вспомогательные материалы, на которые имеются ссылки в тексте реферата.
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОДГОТОВКЕ
КЭКЗАМЕНУ
Впериод подготовки к экзамену студенты вновь обращаются к пройденному учебному материалу. При этом они не только закрепляют полученные знания, но и получают новые.
Литература для подготовки к экзамену рекомендуется преподавателем либо указана в учебно-методическом комплексе. Для полноты учебной информации и ее сравнения лучше использовать не менее двух учебников. Студент вправе сам придерживаться любой из представленных в учебниках то-
17
чек зрения по спорной проблеме (в том числе отличной от преподавательской), но при условии достаточной научной аргументации.
Основным источником подготовки к экзамену является конспект лекций, где учебный материал дается в систематизированном виде, основные положения его детализируются, подкрепляются современными фактами и информацией, которые в силу новизны не вошли в опубликованные печатные источники. В ходе подготовки к экзамену студентам необходимо обращать внимание не только на уровень запоминания, но и на степень понимания излагаемых проблем.
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗУЧЕНИЮ РЕКОМЕНДОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Изучение дисциплины следует начинать с проработки данных методических указаний по самостоятельной работе, особое внимание уделяя целям и задачам, структуре и содержанию курса.
Студентам рекомендуется получить в библиотеке ВГЛТУ учебную литературу по дисциплине, необходимую для эффективной работы на всех видах аудиторных занятий, а также для самостоятельной работы по изучению дисциплины.
Успешное освоение курса предполагает активное, творческое участие студента путем планомерной, повседневной работы.
Библиографический список
Основная литература
1. Титов В.С., Иванов В.И., Бобырь М.В. Проектирование аналоговых и цифровых устройств: Учебное пособие / В.С. Титов, В.И. Иванов, М.В. Бобырь. - М.: НИЦ ИНФРА - М, 2014. - ЭБС «Знаниум».
Дополнительная литература
1.Умрихин, В.В. Физические основы электроники: Учебное пособие / В.В. Умрихин; Уником Сервис. - М.: Альфа-М: НИЦ Инфра-М, 2012. - 304 с.- ЭБС «Знаниум».
2.Физика. [Электронный ресурс]: лаб. практикум. Электромагнитные явления в технических и естественных системах. / Бородин В.Н., Саушкин В.В., Камалова Н.С., Евсикова Н.А., Лисицын В.И., Садохин В.А. - М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВПО «ВГЛТА». – Воронеж, 2014. – 62 с. – ЭБС ВГЛТУ.
3.Панюшкин Н. Н. Физика полупроводников и полупроводниковые приборы [Электронный ресурс] : доп. УМО вузов по образованию в области
18
автоматизированного машиностроения (УМО АМ) в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений / Н. Н. Панюшкин; ВГЛТУ. - 2-е изд., стер. - Воронеж, 2016. - 131 с. - ЭБС ВГЛТУ.
4. Панюшкин Н. Н. Теория радиоэлектронных систем. Основы радиоэлектроники [Электронный ресурс] : методические указания к лабораторным работам для студентов по направлению подготовки 15.03.06 Мехатроника и робототехника / Н. Н. Панюшкин, Н. С. Камалова, Н. Н. Матвеев, Н. Ю. Евсикова; ВГЛТУ. - Воронеж, 2018. - 100 с. - ЭБС ВГЛТУ.
Для освоения дисциплины необходимы следующие ресурсы информаци- онно-телекоммуникационной сети «Интернет»:
Радиотехнические системы (основная литература) http://znanium.com/
Свободная энциклопедия https://ru.wikipedia.org/ Словари, определения http://dic.academic.ru/
Электронный ресурс библиотеки ФГБОУ ВО «ВГЛТУ»: http://www.vglta.vrn.ru/BiblSite/index.htm
19
Учебное издание
Матвеев Николай Николаевич Панюшкин Николай Николаевич
Основы радиоэлектроники
Методические указания для самостоятельной работы студентов по направлению подготовки 15.03.06 Мехатроника и робототехника
Электронный ресурс