Функциональный генератор, осциллограф и Боде-плоттер

Соберем схему по рис. 14 [1].

Рисунок 14. Схема для анализа работы RC фильтра.

Рисунок 15. Схема для анализа работы RC фильтра в Multisim.

На рисунке 16 приведено увеличенное изображение функционального генератора с исходными данными.

Рисунок 16. Увеличенное изображение функционального генератора.

На рисунке 17 приведено увеличенное изображение осциллографа с исходными данными для настройки.

Рисунок 17. Увеличенное изображение осциллографа.

На рисунке 18 приведено увеличенное изображение Боде-плоттера с исходными данными для настройки.

Рисунок 18. Увеличенное изображение Боде-плоттера.

Снятие осциллограммы напряжений на входе и выходе фильтра, используя двухканальный осциллограф:

Рисунок 19. Увеличенное изображение осциллографа при синусоидальной форме напряжения питания.

Рисунок 20. Увеличенное изображение осциллографа при пилообразной форме напряжения питания.

Рисунок 21. Увеличенное изображение осциллографа при прямоугольной форме напряжения питания.

Заменяем в схеме (рисунок 16) местами R и C и покажем полученную схему на рисунке 22.

Рисунок 22. Схема для анализа работы RC фильтра с заменой местами R и С в Multisim.

Рисунок 23. Увеличенное изображение осциллографа при синусоидальной форме напряжения питания.

Рисунок 24. Увеличенное изображение осциллографа при пилообразной форме напряжения питания.

Рисунок 25. Увеличенное изображение осциллографа при прямоугольной форме напряжения питания.

Изменим частоту функционального генератора в 5 раз и снимем осциллограмму при прямоугольной форме напряжения и проведем сравнительный анализ.

Рисунок 26. Увеличенное изображение функционального генератора.

Рисунок 27. Увеличенное изображение осциллографа при прямоугольной форме напряжения питания.

Вывод: по виду снятых осциллограмм и логарифмических частотных характеристик мы можем определить их характер. Осциллограф показывает график дифференцирующей функции и ей соответствует график интегрирующей функции, которую мы видим на Боде-плоттере. Так же можем отметить, что при увеличении частоты функционального генератора график функции на осциллографе меняет свой вид, так как происходит уменьшение периода функции.

Задание 2. Экспериментальная проверка основных законов электротехники.

Цель данного задания - изучение законов Ома и Кирхгофа, опытная проверка основных методов расчета электрических цепей.

Для проведения эксперимента и расчетов воспользуемся схемами, приведенными на рисунке 28.

Рисунок 28. Схема для опытной проверки законов Ома и Кирхгофа.

На рисунке 28 показана схема подключения резисторов, переменного резистора, источников переменного тока с заземлением. В программе Electronic workbench произведем имитационное моделирование приведенной выше схемы. Значения резисторов, значение ЭДС выбраны по варианту, заданному преподавателем и приведены в таблице 3.

Таблица 3. Параметры электрической схемы по варианту.

Вариант	E1	Е2	R1	R2	R3	Расчетный ток по методу эквивалентного генератора	Расчетный ток по методу наложения
	В.	В.	Ом.	Ом.	Ом.
5	24	36	12	5	15	I2	I1

Рисунок 29. Схема для опытной проверки законов Ома и Кирхгофа в Multisim с заданными значениями по варианту.

Решение методом законов Кирхгофа и Ома:

Решив данную систему методом обратной матрицы мы получим ответ:

Где:

Методом контурных токов:

Расчет:

Рассчитаем значение токов:

Методом узловых потенциалов:

Находим значение потенциала в точке c:

Методом наложения:

Метод наложения- метод расчета электрической цепи, основанной на предположении, что электрический ток в каждой из ветвей электрической цепи при всех включенных генераторах равен сумме токов в этой же ветви, полученных при включении каждого из генераторов по очереди и отключении остальных генераторов.

Найдем ток I₃ методом наложения в цепи, показанной на рис.29. Найдём ток при отключенном источнике 2:

Найдём ток при отключенном источнике 1:

Вычислим значение :

Погрешность вычислений в пределах нормы, так что решение можно считать верным. Результаты расчетов и измерений в таблице 4.

Способ получения данных	I1	I2	I3	ϕa	ϕb	ϕc	ϕd
	А	А	А	В	В	В	В
Эксперимент	1,44	2,56	1,12	0	32	-	28
Метод законов Кирхгофа и Ома	1,44	2,56	1,12	-	-	-	-
Метод контурных токов	1,44	2,56	1,12	0	32	8,96	28
Метод узловых потенциалов	1,44	2,56	1,12	0	32	8,96	28
Метод наложения	-	-	1,12	0	32	8,96	28

Таблица 4. Результаты расчетов и измерений.

Вывод: проведя расчёты и учитывая незначительную допустимую погрешность при вычислениях мы можем утверждать, что теоретически вычисленные значения совпадают с экспериментальными. Эксперимент подтвердил все четыре способа нахождения тока. А значит основные законы электротехники верны.