Лабы (Мосичев) / Лабораторная работа №33

Министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций российской федерации

Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Московский технический университет связи и информатики»

(МТУСИ)

Кафедра теории электрических цепей

Лабораторная работа №33

по дисциплине

«Электротехника»

на тему

Исследование активных интегрирующих и дифференцирующих цепей

Выполнил: студент группы БББ0000 факультета ИТ Фамилия И.О.

Проверил: к.т.н. Мосичев А.В.

Москва 2023г.

Цель работы:

С помощью машинного эксперимента получить форму напряжения на выходе активных интегрирующих и дифференцирующих цепей при различных формах напряжения на входе. Сравнить полученные характеристики с помощью программы Micro-Cap, с аналогичными характеристиками, полученными расчетным путем.

Исходные данные:

K₁ = 10, K₂ = 6, C = 100 нФ, R = 1 кОм;

u₁(t) = U_m – синусоидальное входное напряжение, где

U_m = 1 В – амплитуда входного напряжения;

f = 2 кГц – частота входного напряжения;

t [0; 1] мс – время.

u₁(t) – прямоугольное входное напряжение;

VZERO = -1 – минимальное значение, В;

VONE = 1 – максимальное значение, В;

P1 = 0 – начало переднего фронта, с;

P2 = 0 – начало плоской вершины импульса, с;

P3 = 0.25e-3 – конец плоской вершины импульса, с;

P4 = 0.25e-3 – момент достижения уровня VZERO, с;

P5 = 0.5e-3 – период следования импульсов, с.

u₁(t) – треугольное входное напряжение (рис. );

VZERO = -1, VONE = 1, P1 = 0, P2 = 0, P3 = 0.25e-3, P4 = 0.25e-3, P5 = 0.5e-3.

Для интегрирующей цепи

u₂(t) = K₁ , где

u₂(t) – выходное напряжение;

К₁ – коэффициент пропорциональности.

Для активной интегрирующей цепи

Для дифференцирующей цепи

u₂(t) = K₂ , где

u₂(t) – выходное напряжение;

К₂ – коэффициент пропорциональности.

Для активной дифференцирующей цепи

U₂ = U₁

1. Предварительный расчёт

Проведём расчёт и построим графики в программе Scilab.

Интегрирующая цепь:

Рисунок 1 – График кривой напряжения на входе интегрирующей цепи при синусоидальном входном напряжении.

Рисунок 2 – График кривой напряжения на выходе интегрирующей цепи при синусоидальном входном напряжении.

Рисунок 3 – График кривой напряжения на входе интегрирующей цепи при прямоугольном входном напряжении

Рисунок 4 – График кривой напряжения на выходе интегрирующей цепи при прямоугольном входном напряжении

Рисунок 5 – График кривой напряжения на входе интегрирующей цепи при треугольном входном напряжении

Рисунок 6 – График кривой напряжения на выходе интегрирующей цепи при треугольном входном напряжении

Рисунок 7 – Расчет комплексной передаточной функции интегрирующей цепи при заданных параметрах

Рисунок 8 – График кривой напряжения на входе активной интегрирующей цепи при синусоидальном входном напряжении.

Рисунок 9 – График кривой напряжения на выходе активной интегрирующей цепи при синусоидальном входном напряжении.

Дифференцирующая цепь:

Рисунок 10 – График кривой напряжения на входе дифференцирующей цепи при синусоидальном входном напряжении.

Рисунок 11 – График кривой напряжения на выходе дифференцирующей цепи при синусоидальном входном напряжении.

Рисунок 12 – График кривой напряжения на входе дифференцирующей цепи при прямоугольном входном напряжении

Рисунок 13 – График кривой напряжения на выходе дифференцирующей цепи при прямоугольном входном напряжении

Рисунок 14 – График кривой напряжения на входе дифференцирующей цепи при треугольном входном напряжении

Рисунок 15 – График кривой напряжения на выходе дифференцирующей цепи при треугольном входном напряжении

Рисунок 16 – Расчет комплексной передаточной функции дифференцирующей цепи при заданных параметрах

Рисунок 17 – График кривой напряжения на входе активной дифференцирующей цепи при синусоидальном входном напряжении.

Рисунок 18 – График кривой напряжения на выходе активной дифференцирующей цепи при синусоидальном входном напряжении.

2 Экспериментальный расчёт

В программе Micro-Cap воссоздадим схемы цепей, построим графики функций, чтобы сравнить их с предварительными расчётами.

Интегрирующая цепь:

Рисунок 19 – Схема цепи №1 – Интегрирующая активная цепь с синусоидальным источником

Рисунок 20 – Экспериментально полученные графики напряжения на входе и выходе интегрирующей цепи при синусоидальном входном напряжении

Рисунок 21 – Схема цепи №2 – Интегрирующая активная цепь с импульсным источником

Рисунок 22 – Экспериментально полученные графики напряжения на входе и выходе интегрирующей цепи при прямоугольном входном напряжении

Рисунок 23 – Экспериментально полученные графики напряжения на входе и выходе интегрирующей цепи при треугольном входном напряжении

Дифференцирующая цепь:

Рисунок 24 – Схема цепи №3 – дифференцирующая активная цепь с синусоидальным источником

Рисунок 25 – Экспериментально полученные графики напряжения на входе и выходе дифференцирующей цепи при синусоидальном входном напряжении

Рисунок 26 – Схема цепи №4 – дифференцирующая активная цепь с импульсным источником

Рисунок 27 – Экспериментально полученные графики напряжения на входе и выходе дифференцирующей цепи при прямоугольном входном напряжении

Рисунок 28 – Экспериментально полученные графики напряжения на входе и выходе дифференцирующей цепи при треугольном входном напряжении

Выводы

В данной работе с помощью программы Micro-Cap мы получили форму напряжения на выходе активных интегрирующих и дифференцирующих цепей при различных формах напряжения на входе, а затем сравнили графики входных и выходных напряжений, полученные с помощью программы Micro-Cap, с аналогичными графиками, полученными расчетным путем.

Графики функций, полученные в ходе эксперимента в Micro-Cap, совпадают с полученными в ходе предварительного расчёта в программе Scilab. Это подтверждает корректность графиков и проведённого эксперимента.

Практические задания и задачи к промежуточному контролю

1. Какие цепи называются интегрирующими? Приведите пример.

Интегрирующие цепи – это цепи, у которых выходное напряжение пропорционально интегралу входного напряжения.

Пример: Интегрирующая RC-цепь (Интегратор).

2. Какие цепи называются дифференцирующими? Приведите пример.

Дифференцирующие цепи – это цепи, у которых выходной сигнал (напряжение) прямо пропорционален производной входного сигнала (напряжения).

Пример: Дифференцирующая CR-цепь (Дифференциатор).

3. В каких случаях применяются интегрирующие цепи?

Интегрирующие цепи применяют для выполнения операций интегрирования в аналоговых вычислительных устройствах.

4. В каких случаях применяются дифференцирующие цепи?

Дифференцирующие цепи применяют тогда, когда требуется преобразовать входное напряжение в сигнал, изменяющийся по закону производной входного напряжения.

5. Нарисуйте схему интегратора на ОУ и выведите его передаточную функцию Н.

H= = = ;

Z₁=R; Z₂ = ;

H = ;

ω=2πf => H = ;

6. Нарисуйте схему дифференциатора на ОУ и выведите его передаточную функцию H.

H= = = ;

Z₂=R; Z₁ = ;

H = ;

ω=2πf => H = ;

7. Нарисуйте схему пассивного интегратора и выведите его передаточную функцию.

Передаточная функция:

H = = ;