Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Радиотехнические цепи и сигналы. Лабораторный практикум. Учебное пособие.pdf
41
значке и во вкладке «Значение» («Value») установите требуемую вели-
( = 10 Гц 0)I ≈
25 кГцF =
1
τ
2
τ
max
K
()
Kf
, ff
11
RCτ=
22
RCτ=
90°
90−°
1
τ
2
τ
()fϕ
с1 с2
( , )ττ
, ff
ФНЧ
()ht
1
τ
2
τ
1
τ
2
τ
чину R или C.
С помощью ключей Кл1 и Кл2 подайте на вход ФНЧ гармониче-
ское напряжение от источника V1 с частотой примерно 3 кГц и амплитудой 1 В. Ключом Кл3 присоедините к выходу ФНЧ измерительноиндикаторную часть схемы. Пронаблюдайте форму входного и выходного сигнала на двухканальном осциллографе XSC1.
Для получения АЧХ активизируйте мышкой построитель частотных
характеристик XBP1. Задайте режим работы «Модуль» («Magnitude»). По
горизонтальной и вертикальной оси выберите линейный масштаб «Лин»
(«Lin»). Установите начальное
для
и 450 кГц для
) значения изменения частоты, а также началь-
и конечное (
ное (I = 0) и конечное значения масштаба усиления (F = 1).
Запустите моделирование и по полученной диаграмме АЧХ опре-
делите отсчеты частоты для уровней (0.9, 0.8, 0.707, 0.5, 0.3, 0.1)
Постройте графики
предварительного задания. Определите
2. Снимите ФЧХ ФНЧ для
для различных τ, совместив их с графиками
гр1 гр2
и
.
. В окне построителя
ЧХ нажмите клавишу «Фаза» («Phase») и установите по вертикали:
F =
стоте) для
, I =
. Снимите отсчеты (в том числе и на граничной ча-
и
. Графики
также совместите с графиками пред-
варительного задания.
3. Измерьте с помощью осциллографа XSC1 время смещения
выходного гармонического сигнала относительно входного
на граничных частотах
гр1 гр2
.
Для этого активизируйте меню источника V1 и установите найден-
ные в п.1 практического задания значения граничных частот.
4. Снимите графики переходных характеристик ФНЧ
и
.
для
Ключом Кл1 присоедините к входу ФНЧ генератор прямоугольных
импульсов V2. Активизируйте его меню и установите во вкладке «Значение» («Value») амплитуду импульсов (V = 1V) и частоту (F = 1 кГц
для цепи с
; F = 10 кГц для цепи с
).
Переходные характеристики и входной сигнал наблюдайте на
осциллографе XSC1. Для этого в каждом канале («А» и «В») должна
быть нажата клавиша «DC» и установлены по вертикали: «Scale =
= 500 mV/Div». По горизонтали (ось времени) должна быть нажата
.
42
клавиша «V/T» и установлены: «Scale = 100 и 10 us/Div» для
12
и ττ
1us = 10
()ht
()ht
~(0.1 0.2)h
у
t
max
~0.95h
max
~0.05h
R
RC
R
R
R
у
t
6
(
−
– микросекунда).
с
С помощью курсоров снимите отсчеты и постройте графики
совместив их с графиками предварительного задания.
Указание. Для удобства отключите канал «A», нажав клавишу «0»; кур-
сор 1 поместите в начало переходного процесса, а курсором 2 снимайте значения
с шагом
max
.
.
,
Определите длительность переходного процесса
для ФНЧ и
для ФВЧ.
по уровню
5. Повторите пункты 1–4 для ФВЧ.
5.5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что такое АЧХ? Изобразите АЧХ RC-фильтра нижних частот.
2. Что такое ФЧХ? Изобразите ФЧХ RC-фильтра нижних частот.
3. Что такое полоса пропускания фильтра и граничная частота?
Чему они равны для RC-фильтров нижних и верхних частот?
4. Что происходит с формой АЧХ, ФЧХ и граничной частотой по-
лосы пропускания при увеличении сопротивления
?
5. Как изменится ФЧХ ФНЧ с уменьшением емкости конденсатора?
6. Изобразите АЧХ и ФЧХ
-фильтра верхних частот.
7. Как изменится граничная частота ФВЧ и ФНЧ при увеличении
сопротивления
?
8. К какому изменению полосы пропускания ФВЧ приведет
уменьшение емкости конденсатора фильтра?
9. Что такое переходная характеристика (ПХ)? Изобразите ПХ
ФНЧ. Поясните влияние элементов схемы
и C на эту характери-
стику.
10. Поясните влияние элементов схемы
и C на переходную ха-
рактеристику ФВЧ.
11. Что такое время установления переходного процесса
и как оно
связано с постоянной времени RC-цепи?
12. Изобразите реакцию ФНЧ на прямоугольный импульс.
13. Изобразите реакцию ФВЧ на прямоугольный импульс.
14. Что такое импульсная характеристика? Ее связь с переходной.
15. Изобразите импульсные характеристики ФНЧ и ФВЧ.
16. Какова связь между импульсной и передаточной характеристи-
ками RC-фильтров?
43
Работа № 6
1
5.1 кОмR =
2
100 кОмR =
C
С
ВХ
ВЫХ
С
ВХ
R1
SA
R2
ВЫХ
R1
R2
τ1
SA
τ2
τ
2
τ1
ПРОХОЖДЕНИЕ ВИДЕОСИГНАЛОВ
ЧЕРЕЗ RC-ЦЕПИ
6.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Исследование прохождения видеосигналов через эти цепи и, в
частности, исследование дифференцирования и интегрирования видеосигналов прямоугольной, треугольной и пилообразной формы.
6.2. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО УСТРОЙСТВА
Структурная схема устройства показана на рис. 6.1.
Рис. 6.1. Структурная схема исследований
RC-цепи (рис. 6.2) собраны в среде «Multisim», а также на макетной
плате станции «NI ELVIS» (и в блоке 1 лабораторного макета). Параметры элементов фильтров:
(±10 %),
= 750 пФ (±10 %).
Рис. 6.2. RC-цепи
(±10 %),
44
6.3. ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ
()
Kf
()fϕ
11
RCτ=
22
RCτ=
1
τ
2
τ
1
τ
2
τ
( , )ff
( , )ϕϕ
с1 с2
( , )ττ
f
f
ϕ
ϕ
с1
τ
с2
τ
U
п.д
τ
0
U
2 U∆
Рассчитанные
Измеренные
0.5А =
0
21S А= =
10F =
и
2τ 1/ 100TF= = =
τ
2 U∆
0
U
1. Изучите основные вопросы темы по конспекту лекций и литера-
туре [1, с. 174–177, 180–184; 2, с. 193–198, 209–214; 4, с. 60–63, 67–75].
2. Рассчитайте АЧХ
и ФЧХ
фильтров для
и
.
Результаты расчета занесите в таблицу и постройте графики на
миллиметровке или бумаге в клеточку. На них же в ходе практической
работы изобразите и результаты эксперимента. Рекомендуемые размеры: 5 см – по вертикали и 10 см – по горизонтали (по оси частот).
Масштаб по оси частот: от 0 до 100 кГц – для
для
. При этом на графике для
можно совместить кривые, соот-
ветствующие ФНЧ и ФВЧ, так же и на графике для
и от 0 до 10 кГц –
.
3. Для каждого фильтра определите граничную частоту полосы
пропускания
гр1 гр2
гармонического сигнала
, фазовый сдвиг
на этой частоте. Результаты расчетов
гр1 гр2
и временной сдвиг
занесите в табл. 6.1.
Таблица 6.1
,
,
,
Параметры
гр1
кГц
гр2
кГц
гр1
град
гр2
град
,
,
,
мкс
мкс
В
,
В
,
,
В
,
мкс
цирования и интегрирования заданных видеосигналов.
(размахом
повторения
рующей цепи.
ющей цепочки и
рующей цепочки.
4. Проверьте, выполняются ли в RC-фильтрах условия дифферен-
5. Рассчитайте и постройте спектр меандра с амплитудой
В) и частотой повторения
кГц (периодом
В
мкс) на входе и выходе дифференци-
6. Рассчитайте
(рис. 6.3, a) для приближенной дифференциру-
п.д
и
(рис. 6.3, б) для приближенной интегри-
45
Пояснения и расчетные соотношения
и
τ < τ / 5
и
τ > 5τ
000
2AaS= =
0
2
π
sin
π2
nn
S
n
Aa
n
= =
3τ ≈τ
0 и
( )[1 exp( τ /2τ)]U UU∆= − − −
0
/U Uq=
и
/ τqT=
11
RCτ=
22
RCτ=
Расчетные соотношения для АЧХ, ФЧХ и граничных частот фильтров приведены в работе № 5.
Условие приближенного дифференцирования:
приближенного интегрирования:
.
. Условие
Постоянная составляющая и амплитуды гармоник меандра [7,
с. 123]:
,
.
а б
Рис. 6.3. Сигналы на входе и выходе RC-цепей
На рис. 6.3 показаны временные диаграммы при воздействии прямоугольных импульсов на приближенные дифференцирующую и интегрирующую цепи. При этом [4, с. 72–73]
п.д
где
Указание. По результатам эксперимента заполняется табл. 6.1.
,
.
6.4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
,
,
файл «ФНЧ_ЧХ.ms10» (рис. 6.4). Установите на генераторе V3 гармоническое колебание с частотой порядка 3 кГц и амплитудой 1 В. Пронаблюдайте и зарисуйте форму входного и выходного сигнала на
1. Снимите АЧХ ФНЧ для
и
. Для этого откройте
46
двухканальном осциллографе XSC2. Обратите внимание на ослабление
F
max
100f =
1
τ
max
10f =
2
τ
min
10f ≈
f
()Kf
1
τ
2
τ
11
RCτ=
22
RCτ=
90°
90°
f
()fϕ
с1 с2
( , )ττ
, ff
и задержку выходного сигнала.
Активизируйте мышью анализатор XBP1. Нажмите клавиши «Амплитуда» («Magnitude») и «Лин» («Lin») и установите в окне «
симальное значение частоты)
, а в окне «I» (минимальное значение частоты)
Снимите отсчеты, измерьте
кГц для
и постройте график
гр
и
Гц.
» (мак-
кГц для
, совме-
стив с графиком предварительного задания. Оцените расхождение экспериментальной и расчетной граничной частоты (как для
для
).
2. Снимите ФЧХ ФНЧ для
и
. На анализаторе ЧХ
нажмите клавишу «Фаза» и установите по вертикали: F =
= –
постройте график
. Снимите отсчеты (в том числе на граничной частоте
, совместив с графиком предварительного за-
, так и
, I =
) и
гр
дания.
Измерьте с помощью осциллографа XSC2 время смещения
выходного гармонического сигнала относительно входного
на граничных частотах
гр1 гр2
.
Рис. 6.4. Схема измерений частотных характеристик ФНЧ
Для этого активизируйте меню источника V3 и установите найден-
ные в п.1 практического задания значения граничных частот.
47
3. Измерьте граничную частоту ФВЧ (для
1
τ
2
τ
τ
τ
1
τ
2
τ
и
). Для этого от-
кройте файл «ФВЧ_ЧХ.ms10». Схема измерений примет вид, показанный на рис. 6.5.
Рис. 6.5. Схема измерений частотных характеристик ФВЧ
4. Исследуйте прохождение меандра через ФВЧ и ФНЧ (для
и
).
1
2
В случае ФВЧ откройте соответственно файл «ФВЧ_ПХ.ms10»
(рис. 6.6). Меандр с периодом 100 мкс подается с генератора XFG1.
Зарисуйте осциллограммы для
и
.
Рис. 6.6. Схема исследований с ФВЧ
48
В случае ФНЧ откройте соответственно файл «ФНЧ_ПХ.ms10».
2 U∆
1
τ
2
τ
R
Также зарисуйте осциллограммы и измерьте
(см. рис. 6.3).
Объясните влияние полосы пропускания ФВЧ и ФНЧ фильтров на
форму выходного сигнала.
5. Исследуйте изменение спектра меандра при прохождении его
через дифференцирующую и интегрирующую RC-цепи. Для этого откройте файл «Спектр_анализ.ms10». На экране монитора будет схема
(рис. 6.7).
Рис. 6.7. Схема измерения спектров
Установите на генераторе заданный в предварительном задании
меандр. Пронаблюдайте этот сигнал на осциллографе.
Вызовите на экран лицевую панель анализатора спектра и измерьте
(с помощью маркера) амплитуды первых десяти гармоник сигнала на
входе и выходе дифференцирующей и интегрирующей RC-цепей. Постройте спектральные диаграммы амплитуд. Сопоставьте с предварительным заданием.
и
6. Исследуйте прохождение через RC-цепи (при
) видеоим-
пульсов прямоугольной формы со скважностью 4, симметричных треугольных и пилообразных импульсов.
Зарисуйте осциллограммы входных и выходных сигналов.
6.5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Изобразите АЧХ и ФЧХ RC-фильтра нижних частот.
2. Что происходит с формой АЧХ, ФЧХ и граничной частотой по-
лосы пропускания при увеличении сопротивления
?
49
3. Изобразите АЧХ и ФЧХ RC-фильтра верхних частот.
R
R
R
R
1
R
2
R
4. Как изменится граничная частота ФВЧ и ФНЧ при увеличении
сопротивления
?
5. К какому изменению полосы пропускания ФВЧ приведет
уменьшение емкости конденсатора фильтра?
6. Изобразите переходную характеристику ФНЧ. Поясните влияние
элементов схемы
7. Поясните влияние элементов схемы
и C на эту характеристику.
и C на переходную ха-
рактеристику ФВЧ.
8. Какова связь между переходной, импульсной и передаточной ха-
рактеристиками RC-фильтров?
9. Покажите (и докажите), при каких условиях ФВЧ может функ-
ционировать как дифференцирующая цепь.
10. Как доказывается условие дифференцирования цепи временным
и спектральным методом?
11. Что представляет собой сигнал на выходе идеальной дифферен-
цирующей цепочки, если на ее вход поочередно подаются синусоидальное напряжение, трапецеидальный импульс, прямоугольный импульс?
12. Каковы условия, при которых ФНЧ может служить в качестве
интегрирующей цепи?
13. Докажите условия интегрирования сигналов в RC-цепи как вре-
менным, так и спектральным методом.
14. Каково влияние элементов
и C в дифференцирующей и инте-
грирующей цепях на переходную и импульсную характеристики?
15. Объясните влияние полосы пропускания RC-цепей на осцилло-
грамму и спектрограмму выходных импульсов при воздействии на
входе прямоугольных импульсов.
16. Как изменится форма выходных импульсов при изменении эле-
и
ментов схем (
) и периода импульсов на входе?
17. Изобразите спектральную плотность импульса на выходе иде-
альных дифференцирующей и интегрирующей цепей при воздействии
на их вход прямоугольного импульса.
18. Изобразите форму импульса на выходе идеальной интегрирую-
щей цепи при подаче на ее вход импульса прямоугольной формы.
19. Изобразите форму импульсов на выходе идеальной дифферен-
цирующей цепи при воздействии на ее вход импульсов пилообразной и
треугольной формы.
50
Работа № 7
ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ КОНТУР
7.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Изучение частотных и переходных характеристик параллельного
колебательного контура.
7.2. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО УСТРОЙСТВА
Экспериментальная радиотехническая цепь с параллельным колебательным контуром (C1, L1, L2, Rп) смоделирована в среде «Multisim»
(рис. 7.1).
Рис. 7.1. Схема лабораторного устройства