электротех лр2 microcab

Лабораторная работа № 2

Исследование входных частотных характеристик в RC-цепи

Цель работы: с помощью программы MicroCap исследовать входные амплитудно-частотные (АЧХ) и фазочастотные (ФЧХ) характеристики RC-цепи. Сравнить АЧХ и ФЧХ, полученные с помощью программы MicroCap, с аналогичными характеристиками, полученными расчетным путем.

1. Рассчитаем граничную частоту для RC-цепи (Рис. 1), если R₁ = 100 Ом, а С₁ = 219 нФ, Е = 0.9 В.

Рис. 1

Граничную частоту находим из условия равенства реактивного и активного сопротивлений RC-цепи:

Запишем расчетные формулы для определения частотных зависимостей:

Таблица 1

По предварительному расчету									Получено экспериментально
f, кГц	f/fгр	XC, Ом	Zвх, Ом	φZ, град	I, мА	UR, B	UC, B	XC, Ом		Zвх, Ом	φZ, град	I, мА	UR, B	UC, B
2	0.275	363.4	376.9	–74.6	2.39	0.239	0.868	363.4		376.9	–74.6	2.39	0.239	0.868
4	0.55	181.7	207.4	–61.2	4.34	0.434	0.788	181.7		207.4	–61.2	4.34	0.434	0.788
6	0.826	121.1	157.1	–50.5	5.73	0.573	0.694	121.1		157.1	–50.5	5.73	0.573	0.694
8	1.101	90.8	135.1	–42.3	6.66	0.666	0.605	90.8		135.1	–42.3	6.66	0.666	0.605
10	1.376	72.7	123.6	–36	7.28	0.728	0.529	72.7		123.6	–36	7.28	0.728	0.529
12	1.651	60.6	116.9	–31.2	7.7	0.77	0.466	60.6		116.9	–31.2	7.7	0.77	0.466
14	1.926	51.9	112.7	–27.4	7.99	0.799	0.415	51.9		112.7	–27.4	7.99	0.799	0.415

Строим зависимости Z_вх(f), φ_Z(f), X_C(f), I(f), U_R(f), U_C(f):

Рис. 2

Рис. 3

Рис. 4

Рис. 5

2. Выполним моделирование схемы в MicroCap. Собранная схема показана на рисунке 6.

Рис. 6

Строим частотную зависимость входного сопротивления Z_вх(f).

Частотная зависимость фазы входного сопротивления φ_Z(f).

Зависимость тока от частоты.

Строим зависимость напряжения на резисторе от частоты.

Зависимость реактивного сопротивления X_C от частоты.

3. Исследование частотных характеристик нагруженной RC-цепи.

Подключим сопротивление нагрузки R₂ = 320 Ом параллельно конденсатору (Рис. 7).

Рис. 7

Рассчитаем для нагруженной RC-цепи частоту f_m, при которой фаза φ_m входного сопротивления имеет минимум. Результаты запишем в таблицу 2.

Таблица 2

Нагруженная RC-цепь	По предварительному расчету	ЭВМ
fm, Гц	4654.26	4654
φm, град	38	–37.98

Строим частотную зависимость входного сопротивления нагруженной RC-цепи.

Зависимость фазы входного сопротивления от частоты.

Выводы: в ходе лабораторной работы проведено исследование частотных характеристик RC-цепи. Получены частотные характеристики входного сопротивления Z_вх, фазы входного сопротивления φ_Z, тока и напряжений на элементах цепи. Результаты моделирования хорошо совпали с расчетными данными. Также было проведено исследование частотных характеристик нагруженной RC-цепи: Z_вх(f) и φ_m(f). По этим характеристикам определена частота f_m = 4.654 кГц, при которой фаза входного сопротивления φ_m имеет минимум. Значение частоты f_m также хорошо совпало с расчетным.