podyak

6. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ RC- И LC-ЦЕПЕЙ

1. Цель работы

Экспериментальное исследование основ работы простых RC- и LC-цепей, изучение определяющих их свойства частотных и переходных характеристик, приобретение навыков проведения эксперимента, сборки и наладки макета схемы.

В работе исследуются частотные и переходные характеристики различных цепей, сопоставляются результаты анализа, расчета и эксперимента.

2. Описание исследуемых схем

Предметом исследования являются схемы, изображенные на рис. 1–5, где пунктиром показаны основные базовые элементы исследуемых цепей.

Цепь на рис. 1 представляет собой последовательное соединение сопротивления и емкости, с которой снимается выходное напряжение и подается в нагрузку. Одно из назначений этой цепи – подавление высших гармоник, находящихся в спектре входного сигнала, частоты которых лежат выше некоторой граничной частоты ω = 1/RC. Это объясняется тем, что с ростом частоты входного сигнала емкостное сопротивление уменьшается, что и приводит к уменьшению соответствующей доли высших гармоник в выходном сигнале. Это свойство цепи позволяет называть ее фильтром нижних частот.

Второе распространенное название этой цепи – интегрирующая цепь. Как показывает анализ ее переходной характеристики, при выполнении условия неравенства ωRC >> 1, где произведение RC называется постоянной времени цепи, напряжение на ее выходе оказывается пропорциональным интегралу от входного напряжения.

Схема на рис. 2 (показанный пунктиром фрагмент) называется фильтром высших частот. Ее назначение – подавление гармоник, частоты которых лежат ниже граничной частоты ω = 1/RC. При выполнении неравенства ωRC << 1 звено выполняет функцию дифференциро-

124

вания, так как выходное напряжение оказывается пропорциональным производной от входного сигнала. (Выше и здесь речь идет о гармоническом входном сигнале с частотой ω. При несинусоидальном входном сигнале под ω следует понимать самое низкое значение частоты в спектре входного сигнала.) Отсюда и второе название цепи – дифференцирующая цепь.

Элементы Rн, Cн сопротивление и емкость нагрузки являются входными сопротивлением и емкостью измерительного прибора, подключенного к цепи.

Схема на рис. 3 выполняет функцию компенсированного делителя напряжения, используемого при необходимости ослабления величины входного сигнала без искажения его формы. При этом емкость С2 – это обычно входная емкость, подключенного к выходу делителя измерительного устройства или усилителя, а С1 – компенсирующая емкость, устраняющая «интегрирующий эффект» емкости С2. При выполнении условия С1 · R1 = C2 · R2 коэффициент деления компенсированного делителя не зависит от частоты.

Схема на рис. 4, структурно повторяющая схему рис. 2, обладает слабо

симум коэффициента передачи при нулевом фазовом сдвиге. Эта цепь используется в схемах с обратной связью для построения схем генераторов и узкополосных усилителей. Эту схему называют Г-образной RC-цепью, она входит составной частью в схему моста Вина– Робинсона.

3. Расчетное задание

Фильтр нижних частот (рис. 1)

1.Рассчитать значение верхней граничной частоты для номинальных значений R1 = 12 кОм, С1 = 15 нФ.

2.Рассчитать время нарастания переходной характеристики.

Фильтр высших частот (рис. 2)

1.Рассчитать значение нижней граничной частоты для номинальных значений R1 = 12 кОм, С1 = 15 нФ.

2.Рассчитать время нарастания переходной характеристики, учтя внутреннее сопротивление генератора RГ = 500 Ом.

125

Компенсированный делитель напряжения (рис. 3)

1. При R1 = 15 кОм и R2 = 1 кОм, С2 = 15 нФ рассчитать емкость С1, необходимую для неискаженной передачи сигнала.

Г-образная RC-цепь (рис. 4)

1. Для R1 = R2 = 12 кОм, С1 = С2 = 1 нФ рассчитать частоту квазирезонанса и коэффициент передачи на этой частоте.

Резонансный LC-фильтр (рис. 5)

1. Для R = 6.8 кОм, L = 0.017 Гн и С = 3.3 нФ рассчитать резонансную частоту, полосу пропускания и коэффициент передачи, допуская незначительность потерь в индуктивности и конденсаторе.

4. Программа эксперимента

Таблица исходных данных для экспериментов

4.1.Фильтр нижних частот

1.Собрать схему, приведенную на рис. 1, по данным таблицы. Снять частотную характеристику, подав на ее вход синусоидальный сигнал с амплитудой 2 В.

2.Подать на вход цепи прямоугольные импульсы с амплитудой 5 В

ичастотой повторения 300 Гц. Измерить параметры выходного сигнала и зарисовать его.

3.Подать на вход цепи прямоугольные импульсы с амплитудой 5 В

ичастотой повторения 8 кГц. Измерить параметры выходного сигнала

изарисовать его.

4.Подключить к выходу цепи сопротивление нагрузки Rн и повторить измерения п. 2.

126

4.2.Фильтр высших частот

1.Собрать схему, приведенную на рис. 2, по данным таблицы. Снять частотную характеристику, подав на ее вход синусоидальный сигнал с амплитудой 2 В.

2.Подать на вход цепи прямоугольные импульсы с амплитудой 5 В

ичастотой повторения 300 Гц. Измерить параметры выходного сигнала и зарисовать его.

3.Повторить п. 2, подав на вход цепи прямоугольные импульсы с амплитудой 5 В и частотой 8 кГц.

4.Подключить к выходу цепи емкостную нагрузку Сн и повторить измерения п. 3.

4.3.Компенсированный делитель напряжения

1.Собрать схему, приведенную на рис. 3, по данным таблицы. Снять частотную характеристику.

2.Подать на вход цепи прямоугольные импульсы с амплитудой 5 В

ичастотой 8 кГц. Измерить параметры выходного напряжения и зарисовать его.

3.Повторить п. 2, отключив емкость С1.

4.4.Г-образная RC-цепь

1.Собрать схему, приведенную на рис. 4, по данным таблицы. Снять частотную характеристику. Найти резонансную частоту, полосу пропускания 2∆f и коэффициент передачи на этой частоте.

2.Подать на вход цепи прямоугольные импульсы с частотой, равной резонансной частоте цепи, измерить параметры выходного сигнала

изарисовать его.

4.5.Резонансный LC-фильтр

1.Собрать схему по рис. 5, используя данные таблицы. Снять частотную характеристику по отклонению вблизи резонансной частоты. Определить полосу пропускания 2∆f и резонансную частоту. Измерить коэффициент передачи на резонансной частоте.

3.Установить сопротивление R1 = 15 кОм. Повторить задание п. 1.

127

R1

Рис. 5

128

5.Контрольные вопросы

1.Назовите основные характеристики и параметры электрических

цепей.

2.Как выбрать постоянные времени для дифференцирующей, интегрирующей и разделительной цепей?

3.Дайте определение граничных частот частотной характеристики цепи.

4.Как связаны значения граничных частот с параметрами элементов в интегрирующем и дифференцирующем звеньях?

5.Как рассчитать переходный процесс в интегрирующем и дифференцирующем звеньях?

6.Как найти переходную функцию интегрирующего и дифференцирующего звеньев?

7.Какая связь существует между частотными и временными искажениями для различных цепей?

8.Пояснить смысл терминов «нарастание фронта», «спад вершины импульса».

9.Поясните работу цепей, приведенных на рис. 3 и 4.

10. Объяснить термин «добротность колебательного контура». Как добротность зависит от элементов схемы рис. 5?

Л и т е р а т у р а

Подъяков Е.А., Орлик В.В., Брованов С.В. Электронные цепи и микросхе-

мотехника : учеб. пособие. Ч. 2. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2003.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОКАСКАДНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

1. Цель работы

Изучение свойств трех основных схем включения транзистора: с общей базой (ОБ), с общим эмиттером (ОЭ), с общим коллектором (ОК). Проверка режима по постоянному току, исследование частотных и амплитудных характеристик, определение основных параметров усилителей (коэффициент усиления по напряжению, полоса пропускания, граничные частоты, диапазон входных и выходных сигналов).

129