лабы / лаба_10_33 / отчёт_лаба10
.pdf
МИНИСТЕРСТВО ЦИФРОВОГО РАЗВИТИЯ СВЯЗИ И МАССОВЫХ
КОММУНИКАЦИЙ
Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«МОСКОВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СВЯЗИ И ИНФОРМАТИКИ»
ФАКУЛЬТЕТ
«РАДИО И ТЕЛЕВИДЕНИЕ»
КАФЕДРА
«ТЕОРИИ ЭЛКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ»
ОТЧЁТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №33 по дисциплине «Теоретические основы электротехники»
на тему: «Исследование активных интегрирующих и дифференцирующих цепей»
Выполнил |
|
|
Студент группы БИК2205 |
_______________________ |
|
Проверил |
|
|
Кандидат технических наук |
_______________________ |
Мосичёв А.В. |
Москва 2023
15.04.2023 «Отчёт_лабораторная_10.docx»
РЕФЕРАТ
Отчёт 38 страниц, 2 приложения, 26 рисунков.
MICRO-CAP, АКТИВНЫЕ ЦЕПИ, ИНТЕГРИРУЮЩИЕ ЦЕПИ,
ДИФФЕРЕНЦИРУЮЩИЕ ЦЕПИ, ИМПУЛЬСЫ.
Цель работы – исследовать формы напряжения на выходе активных интегрирующих и дифференцирующих цепей при различных формах входного напряжения с помощью программы Micro-Cap. Сравнить полученные с помощью программы Micro-Cap значения с непосредственно рассчитанными.
В процессе работы проводилось исследование активных интегрирующих и дифференцирующих цепей; формы выходного напряжения при различных формах входного напряжения в этих цепях.
По итогу работы: были изучены формы выходного напряжения при различных формах входного напряжения в активных интегрирующих и дифференцирующих цепях; проведён сравнительный анализ непосредственно рассчитанных и программно-полученных форм входного и выходного напряжений.
2
15.04.2023 «Отчёт_лабораторная_10.docx» |
|
СОДЕРЖАНИЕ |
|
РЕФЕРАТ.............................................................................................................. |
2 |
СОДЕРЖАНИЕ .................................................................................................... |
3 |
ВВЕДЕНИЕ .......................................................................................................... |
5 |
ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ................................................................................... |
7 |
1 ПОСТАНОВКА ВОПРОСА .......................................................................... |
7 |
2 ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ............................................................................. |
7 |
2.1 ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЁТ ............................................................ |
7 |
2.1.1 ПОСТРОЕНИЕ КРИВЫХ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ В |
|
ИНТЕГРИРУЮЩЕЙ ЦЕПИ ...................................................................... |
8 |
2.1.2 РАСЧЁТ КОМПЕКСНОЙ ПЕРЕДАТОЧНОЙ ФУНКЦИИ |
|
АКТИВНОЙ ИНТЕГРЕРУЮЩЕЙ ЦЕПИ .............................................. |
12 |
2.1.3 ПОСТРОЕНИЕ КРИВЫХ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ В |
|
ДИФФЕРЕНЦИРУЮЩЕЙ ЦЕПИ ........................................................... |
14 |
2.1.4 РАСЧЁТ КОМПЕКСНОЙ ПЕРЕДАТОЧНОЙ ФУНКЦИИ |
|
АКТИВНОЙ ДИФФЕРЕНЦИРУЮЩЕЙ ЦЕПИ .................................... |
18 |
2.2 ПОЛУЧЕНИЕ ЗНАЧЕНИЙ И ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКОВ С |
|
ПОМОЩЬЮ ПРОГРАММЫ MICRO-CAP ................................................ |
21 |
2.2.1 ТЕОРИТИЧЕСКАЯ СПРАВКА ...................................................... |
21 |
2.2.2 ПОСТРОЕНИЕ КРИВЫХ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ В |
|
АКТИВНЫХ ИТНГЕРИРУЮЩЕЙ И ДИФФЕРЕНЦИРУЮЩЕЙ |
|
ЦЕПЯХ ...................................................................................................... |
23 |
2.2.2.1 Построение кривых выходного напряжения активной |
|
интегрирующей цепи с ОУ при различных кривых входного |
|
напряжения............................................................................................. |
23 |
|
3 |
15.04.2023 «Отчёт_лабораторная_10.docx» |
|
2.2.2.2 Построение кривых выходного напряжения активной |
|
дифференцирующей цепи с ОУ при различных кривых входного |
|
напряжения............................................................................................. |
27 |
ЗАКЛЮЧЕНИЕ .................................................................................................. |
31 |
ПРИЛОЖЕНИЯ.................................................................................................. |
32 |
ПРИЛОЖЕНИЕ «А» ....................................................................................... |
32 |
ОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ САМОПРОВЕРКИ ........................................... |
32 |
Вопрос 1..................................................................................................... |
32 |
Вопрос 2..................................................................................................... |
32 |
Вопрос 3..................................................................................................... |
33 |
Вопрос 4..................................................................................................... |
33 |
Вопрос 5..................................................................................................... |
33 |
Вопрос 6..................................................................................................... |
35 |
ПРИЛОЖЕНИЕ «Б»........................................................................................ |
36 |
РАСЧЁТНЫЙ ЛИСТ.................................................................................... |
36 |
ВХОДНЫЕ СИГНАЛЫ ............................................................................ |
36 |
ИНТЕГРИРУЮЩАЯ ЦЕПЬ..................................................................... |
37 |
АКТИВНАЯ ИНТЕГРИРУЮЩАЯ ЦЕПЬ .............................................. |
37 |
ДИФФЕРЕНЦИРУЮЩАЯ ЦЕПЬ ........................................................... |
37 |
АКТИВНАЯ ДИФФЕРЕНЦИРУЮЩАЯ ЦЕПЬ ..................................... |
38 |
4
15.04.2023 «Отчёт_лабораторная_10.docx»
ВВЕДЕНИЕ
Micro-Cap – программа для цифровой эмуляции электрических схем, со встроенным графическим редактором.
Цель этой работы – исследовать формы выходного напряжения в активных интегрирующих и дифференцирующих цепях при различных формах входного напряжения.
Задачи работы заключаются в следующем:
1.Непосредственно построить кривые входного и выходного напряжений в интегрирующей цепи без операционного усилителя при синусоидальной,
прямоугольной и треугольной формах входного напряжения;
2.Непосредственно рассчитать передаточную функцию для активной интегрирующей цепи с операционным усилителем;
3.Непосредственно построить кривые входного и выходного напряжений в интегрирующей цепи с операционным усилителем при синусоидальном входном напряжении;
4.Непосредственно построить кривые входного и выходного напряжений в дифференцирующей цепи без операционного усилителя при синусоидальной, прямоугольной и треугольной формах входного напряжения;
5.Непосредственно рассчитать передаточную функцию для активной дифференцирующей цепи с операционным усилителем;
6.Непосредственно построить кривые входного и выходного напряжений в дифференцирующей цепи с операционным усилителем при синусоидальном входном напряжении;
7.С помощью программы Micro-Cap построить кривые входного и выходного напряжений в интегрирующей цепи c операционным усилителем при
5
15.04.2023 «Отчёт_лабораторная_10.docx» синусоидальной, прямоугольной и треугольной формах входного
напряжения;
8.С помощью программы Micro-Cap построить кривые входного и выходного напряжений в дифференцирующей цепи c операционным усилителем при синусоидальной, прямоугольной и треугольной формах входного напряжения;
9.Ответить на вопросы самопроверки.
6
15.04.2023 «Отчёт_лабораторная_10.docx»
ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ
1 ПОСТАНОВКА ВОПРОСА
В лабораторной работе №33 необходимо построить кривые выходного напряжения интегрирующих и дифференцирующих цепей при синусоидальном, прямоугольно-импульсном, треугольно-импульсном входном напряжении; рассчитать комплексную передаточную функцию по напряжению для активных интегрирующей и дифференцирующей цепей. Произвести построение и расчёт сначала любым удобным способом (с помощью программ, математических пакетов, калькулятора), потом с использованием программы симуляции работы электрических цепей
Micro-Cap.
2 ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ
2.1 ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЁТ
Построение кривых выходного напряжения интегрирующих и дифференцирующих цепей при синусоидальном, прямоугольно-импульсном, треугольно-импульсном входном напряжении и расчёт комплексных передаточных функций производились с помощью программы Mathcad Prime 8 (расчётный лист представлен в приложении «Б»).
7
15.04.2023 «Отчёт_лабораторная_10.docx»
2.1.1 ПОСТРОЕНИЕ КРИВЫХ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ В
ИНТЕГРИРУЮЩЕЙ ЦЕПИ
Построение кривых напряжения на выходе u2(t) интегрирующей цепи без операционного усилителя (далее – ОУ) производилось по следующей формуле:
t
|
|
|
|
u2(t) = K1 ∫ u1(t)dt, |
|
|
|
|
(1) |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где K1 – коэффициент пропорциональности (в рамках задачи равен 10); |
|
||||||||||||||||||||
t |
– |
интервал времени, |
для |
которого |
производится построение |
||||||||||||||||
( |
|
[0, 10−6, . . , 10−3]); |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
u1(t) – кривая входного напряжения. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Кривые входного напряжения описываются следующими зависимостями: |
|
||||||||||||||||||||
|
|
Синусоидальное: u1 (t) = Um sin(2 π f t), |
(2) |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
s |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Прямоугольное: u |
|
(t) = |
4 Um |
|
∑ |
|
( |
1 |
|
sin(2 π f n t)), |
(3) |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
1 |
|
|
π |
n |
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
sq |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
Треугольное: u |
(t) |
= − |
8 Um |
∑ |
( |
1 |
|
cos(2 π f n t)), |
(4) |
||||||||||
|
|
2 |
2 |
|
|||||||||||||||||
|
|
1tri |
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
π |
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
||||
где Um – амплитуда напряжения (в рамках задачи равна 1 В); |
|
||||||||||||||||||||
f – частота источника (в рамках задачи равна 2 кГц); |
|
|
|
|
|||||||||||||||||
n – предел суммирования (в рамках задачи равен 5000). |
|
|
|||||||||||||||||||
В итоге: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Входное – синус: u2 |
(t) |
= K1 ∫t u1 |
s |
(t)dt, |
(5) |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
int_s |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|||||
|
|
Входное – прямоугольник: u2 |
|
|
(t) = K1 |
∫t u1 |
(t)dt, |
(6) |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
int_sq |
|
|
|
|
|
|
0 |
sq |
|
||
|
|
Входное – треугольник: u2 |
|
(t) = K1 |
∫t u1 |
(t)dt. |
(7) |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
int_tri |
|
|
|
|
|
|
0 |
tri |
|
||||
Графики кривых выходного напряжения интегрирующей цепи без ОУ при различных кривых входного напряжения представлены ниже (рисунок 1 –
рисунок 6):
8
15.04.2023 «Отчёт_лабораторная_10.docx»
Рисунок 1. График кривой входного синусоидального напряжения
Рисунок 2. График кривой выходного напряжения интегрирующей цепи без ОУ при синусоидальном входном напряжении
9
15.04.2023 «Отчёт_лабораторная_10.docx»
Рисунок 3. График кривой входного прямоугольно-импульсного напряжения
Рисунок 4. График кривой выходного напряжения интегрирующей цепи без ОУ при прямоугольно-импульсном входном напряжении
10