Электрорадиотехнологии (лабораторный практикум). Ч.2. Учебно-методическое пособие

Продифференцировать прямоугольный сигнал математически трудно, действие дифференцирующей цепочки на испытательный сигнал проще рассмотреть, анализируя процессы заряда и разряда конденсатора С через резистор R.

Рис. 3.8. Прохождение прямоугольных импульсов (а) через переходную (б) и дифференцирующие (в, г) цепи

Если к дифференцирующей RC-цепи, представленной на рис. 3.1а, приложены импульсы напряжения прямоугольной формы (рис. 3.8а), а постоянная времени цепи R C мала по сравнению с периодом импульсов τ << Т, то во время действия импульса конденсатор С током через резистор R будет заряжаться практически до Um, а во время паузы — почти полностью разряжаться. Во время импульса ток заряда I создает на R выходное напряжение:

41

которое от значения Um быстро уменьшается со временем. По окончании импульса ток разрядки конденсатора даст бросок выходного напряжения противоположного знака (рис. 3.8в, г).

Таким образом, при τ Т выходной сигнал будет представлять последовательность чередующихся положительных и отрицательных импульсов, соответствующих передним и задним фронтам входного сигнала. Причем, если τ меньше, то и длительность бросков будет меньше, т. е. точность дифференцирования выше.

Переходные и интегрирующие цепи

С помощью RC- и RL-цепей можно производить и интегрирование входного сигнала; так же, как и для дифференцирования, для этого чаще всего используют RC-цепь, представленную на рис. 3.1в. Для нее

нике при изучении формы коротких импульсов, например, на осциллографе, понижают входное сопротивление усилителя до 50 или 75 Ом, так как значительно уменьшить входную емкость сложно из-за распределенной емкости монтажа и подводящих кабелей.

42

Так как в этом случае выходной сигнал пропорционален интегралу от входного, то такие цепи при значительных τ называются интегрирующими. Частотные зависимости коэффициента передачи этих цепей показаны на рис. 3.3б.

Анализ искажения формы сигнала, проходящего через интегрирующие цепи, проводится по аналогии с рассмотрением процесса заряда и разряда в дифференцирующих цепях. Но теперь выходное напряже-

ние будет сниматься не с резистора R, а с конденсатора C, т. е.

=U C .

На рис. 3.9 приведены примеры искажений выходного сигнала для разных τ. Особенности прохождения испытательного сигнала и сигнала специальной формы (однотонального АМВЧ пульсирующего) через RC- и RL-цепи исследуются в данной работе.

Рис. 3.9. Искажение формы прямоугольных импульсов интегрирующими цепями с различным τ

а — входные импульсы; б — переходная цепь; в, г — интегрирующие цепи

43

Практическая часть

Лабораторная работа выполняется на стенде типа ЛРС-I. Для выполнения лабораторной используются: генератор Г4–102 с цифровым частотомером, генератор Г3–36, осциллограф, импульсный генератор, встроенный в стенд, ламповый вольтметр и макет в унифицированном корпусе. Принципиальная схема макета показана на рис. 3.10. В макете расположены две группы элементов, перечень номиналов, которых приведен в таблице 3.1. Элементы R1–R4, R9, C1–C3 и L1 используют для составления дифференцирующих цепей, а элементы R5–R8, R1C, C5–C7, L2 — для составления интегрирующих цепей. Диод, включенный между гнездамиYи О1, используется для получения амплитудномодулированного высокочастотного (АМВЧ) пульсирующего тока. В каждой группе элементов имеются гнезда для включения перемычек или измерительных приборов. АМВЧ сигнал с генератора Г4–102 подается на гнезда 1–2, а последовательность прямоугольных импульсов с генератора, встроенного в стенд — на шину испытательного сигнала (гнезда О1–2), минуя диод. Сигналы, прошедшие через исследуемые цепи, снимаются с гнезд, указанных в соответствующем лабораторном задании. В макете имеются регулируемые индуктивности и резисторы. Ручки их регулировки выведены на правую боковую стенку. С резистором сочленен включатель. Включение происходит после щелчка, возникающего при повороте руки R10 из крайнего левого положения.

44

Рис. 3.10. Принципиальная схема макета для изучения прохождения сигналов через дифференцирующие и интегрирующие цепи

45

Выполняемые задания разделены на две группы. Сначала изучаются форма и параметры входных испытательных сигналов, а затем их прохождение через исследуемые цепи и АЧХ этих цепей. При выполнении всех заданий в отчет необходимо зарисовать принципиальную схему исследуемых цепей с включенными измерительными приборами. Помните, что экранирующие провода кабелей источников сигналов и измерительных генераторов соединяются с общим проводом схемы макета.

Задание I.

1) Зарисовать форму и измерить параметры однотонального АМВЧ сигнала.

Амплитудно-модулированный высокочастотный сигнал частотой 0,5 МГц, амплитудой 0,5 В и глубиной модуляции 80 % с генератора Г4–102 подать на шину испытательного сигнала макета. Со свободного гнезда шины испытательный сигнал подать на вход электронного осциллографа и получить на экране устойчивую картину АМВЧ сигнала. Зарисовать его форму. Измерить с помощью осциллографа ампли-

туду модулирующего сигнала , где

и — максимальное и минимальное значения амплитуды АМВЧ сигнала. Отклонив внутреннюю модуляцию генератора Г4–102, измерить амплитуду ВЧ сигнала . Вычислить глубину модуляции

. Результат сравнить с установленной глубиной модуля-

частоту модулирующего сигнала. Отключить модуляцию. Установив более быструю развертку осциллографа, получить на экране устойчивую синусоиду ВЧ сигнала и измерить его период и частоту, которая должна приблизительно соответствовать показанию шкалы частот генератора.

2) Исследовать форму и определить параметры АМВЧ пульсирующего сигнала.

Используя генератор Г4–102 (Г), электронный осциллограф (ЭО) и элементы макета U, R1, собрать схему, изображенную на рис. 3.11. На генераторе установить частоту 0,5 МГц, выходное напряжение 0,5 В, глубину модуляции 80 %. На экране осциллографа получить устойчивую картину АМВЧ пульсирующего сигнала. Осциллограмму

46

Рис. 3.11. Схема для наблюдения однотонального пульсирующего АМВЧ сигнала

3) Изучить форму и параметры сигнала генератора прямоугольных импульсов стенда ЛРС-I.

На шину испытательного сигнала (гнезда 0–2) макета подать с импульсного генератора прямоугольные импульсы с частотой следования 1000 Гц, длительностью 50 μс и амплитудой (3–5) В. К свободной клемме шины подключить электронный осциллограф и на экране получить устойчивую картину следования импульсов. Осциллограмму зарисовать. Измерить длительность ‚ период следования Т и ампли-

подключить осциллограф и получить на экране устойчивое изображение одного-двух продифференцированных импульсов. Измерить ампли-

между параметрами положительных и отрицательных импульсов. Срав-

2) Дифференцирование прямоугольных импульсов RC-цепью.

От генератора стенда ЛРС-I прямоугольные импульсы частотой 1 кГц, длительностью 50 μс и амплитудой (3–5) В подать на вход дифференцирующей RC-цепи (рис. 3.1а), составленной из элементов С2, R1 макета. Подключить на выход цепи электронный осциллограф и получить на экране устойчивое изображение одного или двух импульсов положительной и отрицательной полярности. Зарисовать ампли-

47

туду и длительность положительных и отрицательных импульсов. Зарисовать выходные сигналы, заменяя С2 на С1 и С3. Зафиксировать сигналы цепи R1C2 при изменении длительности входных импульсов от .

3) Исследование частотной зависимости коэффициента передачи дифференцирующих цепей.

В схеме пункта 2 задания II заменить импульсный генератор на ГЗ–36 ( , а вместо электронного осциллографа включить В3–38. Снять частотную зависимость коэффициента передачи

в диапазоне частот 20 Гц — 200 кГц (по 4 точки

в каждом диапазоне Г3–36). Измерения повторить, заменив С2 на С1 и С3. Результаты представить графически в виде зависимостей

.

Задание III. Прохождение сигналов через фильтры, обрезающие высокочастотные гармоники.

1) Интегрирование сигналов простой RC-цепью.

На интегрирующую цепь (рис. 1в), составленную из элементов макета С4 и R5 (R5=50 кОм — установить вольтомметром ВК7–9), подать от генератора стенда ЛРС-I прямоугольные импульсы амплитудой (3–5) В, частотой 1 кГц и длительностью 50 μс. На выход схемы включить электронный осциллограф и добиться устойчивой картины на экране (2–3 проинтегрированных импульса). Зарисовать их форму.

20 Гц–200 кГц. Результаты представить графически в виде зависимости.

3) Интегрирование однотонального АМВЧ пульсирующего сигнала сложной RC-цепью.

48

точки зрения для получения максимального напряжения на емкости резистор R5 должен иметь минимальное значение. Но, с другой стороны, током зарядки емкости С определяется входное сопротивление АМ-детектора, а оно должно быть больше или в пределе равно сопро-

Т конденсатор С не должен заметно разряжаться;в то же время напряжение на конденсаторе должно точно успевать изменяться вслед за

Рис. 3.12. Схема интегрирования сигналов сложной RС-цепью

Используя элементы R5, C5, R10 и U макета, собрать схему рис. 3.12. Установить R5 = 600 Ом, R10 = 20 кОм. На вход схемы подать с генератора Г4–102 АМВЧ сигнал 0,5 В, частотой 0,5 МГц и глубиной модуляции 50 %. Получить на экране осциллографа устойчивую картину НЧ сигнала. Осциллограмму зарисовать. Те же операции проделать

при R5 = R5min и R5 = R5max, R1 = 20 кОм и при R5 = R5min и R10 = R10max.

Объяснить изменения, происходящие в осциллограмме.

4) Получить частотную зависимость коэффициента передачи сложной RC-цепи.

На вход сложной RC-цепи (гнезда О1–2) подать напряжение 1 В от генератора ГЗ-36. В схеме RC-цепи (рис. 3.12) R5 = 680 Ом и R10 = 20 кОм. Вместо осциллографа включить милливольтметр В3–38. Аналогично пункту 3 задания II снять частотную зависимость исследуемой цепи в диапазоне 20 Гц — 200 кГц. Результаты предоставить графически в виде зависимости .

5) Интегрирование однотонального АМВЧ пульсирующего сигнала RL-цепью.

Собрать схему в соответствии с рис. 3.13. Схема имитирует работу головного телефона в детекторном приемнике. При этом R8 и L2 замещают индуктивное и активное сопротивления электромагнитного теле-

49

фона, образуя интегрирующую цепь для сглаживания пульсаций АМВЧ пульсирующего сигнала. Подать на вход схемы (рис. 3.13) от генератора Г4–102 АМВЧ сигнал частотой 0,5 МГц, амплитудой 0,5 В и глубиной модуляции 50 %. Получить устойчивую осциллограмму сигнала, зарисовать ее. Зашунтировать цепь R8L2 конденсатором С7. Зарисовать и объяснить изменения в осциллограмме выходного сигнала.

Рис. 3.13. Схема интегрирования сигналов сложной RL-цепью (имитация работы головного телефона в детекторном приемнике)

Контрольные вопросы

1.Как измеряются с помощью осциллографа параметры импульсных (прямоугольных, треугольных) сигналов?

2.Что произойдет при прохождении АМВЧ сигнала через диод?

3.Какая цепь называется дифференцирующей?

4.Что такое скважность импульсов?

5.В каких пределах может изменяться скважность?

6.Как изменится спектр прямоугольных импульсов после прохождения сигнала через дифференцирующую цепь?

7.Как изменится форма пилообразного напряжения после прохождения через дифференцирующую цепь?

8.Приведите примеры применения интегрирующих RC-цепей.

9.Как изменится частотный спектр периодических импульсов после прохождения через дифференцирующую цель?

10.Какая цепь называется интегрирующей? Почему?

11.Нарисуйте и обоснуйте работу схемы для получения низкочастотных колебаний из АМВЧ-сигнала.

12.Как из плохого звукового сигнала (имеется шипение) получить чистый звук?

13.С какой целью в выпрямителях используются RC-цепи?

14.Как отличаются параметры RC-цепи в однополупериодном

идвухполупериодном выпрямителях?

50