4. Переходные процессы в параллельном колебательном контуре

Соберите простой параллельный колебательный контур из тех же элементов (резистор в контур не включайте). Входное напряжение подайте на контур через резистор (R_г=50100 кОм), включенный последовательно с контуром; выходное напряжение снимайте с контура. Увеличьте амплитуду генерируемых импульсов до U₁=8 В и «растяните» шкалу напряжения. Аналогично п.3 изучите переходной процесс в параллельном контуре, измерьте параметры цепи и сравните их с ожидаемыми (оцененными по измеренным параметрам последовательного контура и номинальному значению R_г).

5. Переходные процессы в апериодической цепи второго порядка

Соберите апериодическую цепь второго порядка (на ваш выбор) и изучите (качественно) переходные процессы в этой цепи. Изобразите схему собранной цепи и запишите параметры ее элементов. Зарисуйте характерные осциллограммы.

Контрольные вопросы

1. Что такое переходной процесс?

2. Дайте качественное объяснение вида наблюдавшихся в работе переходных процессов.

3. В чем заключается качественное отличие переходного процесса в апериодической цепи первого порядка от переходного процесса в апериодической цепи второго порядка?

4. В чем заключается качественное отличие переходного процесса в колебательной цепи от переходного процесса в апериодической цепи?

5. Дайте определение понятия переходной характеристики цепи.

6. Как связана переходная характеристика цепи с комплексной передаточной функцией? с операторной передаточной функцией?

7. Поясните способы экспериментального определения параметров исследуемых цепей (постоянная времени, коэффициент затухания, резонансная частота, добротность).

8. Наблюдались ли в работе расхождения измеренных параметров с расчетными? Если да, то укажите наиболее вероятную причину (причины) расхождений.

_____________

Лабораторная работа № 11

Апериодические и колебательные цепи при импульсных воздействиях

Цель работы — освоить методику и получить практические навыки анализа процессов в линейной цепи при воздействии импульсов.

Изучаются следующие основные вопросы:

1) временные характеристики апериодических и колебательных цепей первого и второго порядка; 2) качественное описание процессов в вышеуказанных цепях при воздействии прямоугольных импульсов; 3) количественное описание реакции вышеуказанных цепей на воздействие «кусочно-линейных» импульсов; 4) влияние частотной характеристики цепи на характер искажений импульсного сигнала.

Домашнее задание

Изучите вышеперечисленные основные вопросы. Рекомендуются учебное пособие [1] (§§ 8.1÷8.4, 8.6), и конспект лекций.

1. Изобразите схемы исследуемых цепей:

• фильтра НЧ первого порядка из последовательно соединенных резистора и конденсатора;

• фильтра ВЧ первого порядка из последовательно соединенных конденсатора и резистора;

• последовательного колебательного контура (выходное напряжение снимается с конденсатора).

На каждой схеме укажите стрелками входное и выходное напряжения.

2. Выпишите формулы, составляющие математические модели изучаемых цепей, а именно:

• для каждой цепи — формулу для переходной характеристики g(t), описывющей реакцию цепи на скачок напряжения, т.е.

где ;

• для фильтров первого порядка, кроме того, — формулу для характеристики f(t), описывающей реакцию цепи на линейно-нарастающее напряжение, т.е.

где .

В формулах используйте обозначения основных параметров цепи — коэффициента затухания , а также (для колебательного контура) резонансной частоты _р, собственной частоты _с и добротности Q.

3. Выпишите формулы для расчета реакций линейной цепи с характеристиками g(t) и f (t) на прямоугольный и треугольный импульсы.

4. Изобразите (качественно) характер осциллограмм входного и выходного сигналов при воздействии прямоугольного импульса:

• на фильтр НЧ первого порядка (τ << T_и, τ = T_и, τ >> T_и);

• на фильтр ВЧ первого порядка (τ << T_и, τ = T_и, τ >> T_и);

• на последовательный колебательный контур (τ < T_и).

5. Изобразите (качественно) характер осциллограмм входного и выходного сигналов при воздействии треугольного импульса:

• на фильтр НЧ первого порядка (τ << T_и);

• на фильтр ВЧ первого порядка (τ >> T_и).

Лабораторное задание

Подготовка установки к работе

Соберите первую из исследуемых цепей — RC-фильтр НЧ первого порядка (R = 50÷100 кОм, C = 2÷5 нФ). Подключите к цепи генераторно-измери­тельную систему: напряжение с генераторного выхода системы подайте на вход цепи, а напряжение с выхода цепи (с конденсатора) — на измерительный вход системы.

Включите генераторно-измерительную систему (ее ярлык — на рабочем столе) и подготовьте ее к измерениям:

• установите режим изучения характеристик (осциллограмм) сигналов;

• оставьте отображение только расчетного входного сигнала и сформируйте сигнал в виде последовательности прямоугольных импульсов с амплитудой 1 вольт, длительностью импульса 2 мс:

где u₀ = 0, амплитуда импульса U_И = 1 В, длительность импульса Т_И = 100 мкс, t₀ = 50 мкс, период 2 мс;

• наблюдайте осциллограмму прямоугольного импульса, т.е. одного периода сформированной периодической последовательности (это удобно сделать поочередным автомасштабированием по горизонтали и вертикали);

• включите отображение генерируемого сигнала. Проверьте, что реальное входное напряжение действительно соответствует заданному. Если это не так, то выполните сервисную программу «калибровка». После этого отображение расчетного входного сигнала отключите;

• включите отображение измеряемого сигнала. Наблюдайте реальные входной и выходной сигналы;

• перейдите на шкалу времени, удобную для изучения реакции цепи на генерируемый импульс (примерно от −0,1 до +0,3 мс).