- •Фгоу впо «калининградский государственный технический университет»
- •1. Введение.
- •2. Теоретическое исследование переходных процессов при зарядке и разрядке конденсатора в
- •3. Порядок выполнения работы
- •3.1. Задание № I. Экспериментальное исследование зарядки и разрядки конденсатора большой ёмкости.
- •3.1.1. Экспериментальная часть.
- •3.1.3. Обработка результатов.
- •3.2.1. Экспериментальная часть.
- •3.2.2. Измерения
- •3.2.3. Обработка результатов
- •4. Вопросы для проверки (примерные):
- •5. Литература
- •Приложение общая характеристика импульсов и способов их формирования в электрических цепях.
3.2.3. Обработка результатов
Обработка результатов задания №2 состоит в изображении схем импульсов с указанием их амплитуд и интервалов времени. Необходимо ознакомиться с материалом, данным в "Приложении".
4. Вопросы для проверки (примерные):
4.1. Понятие об электрической цепи. Типы электрических цепей.
4.2. Понятие об электрическом контуре. Правила Кирхгофа для электрического контура.
4.3. Понятие о переходных процессах в электрических цепях. Сущность классического метода описания переходных процессов.
4.4. Почему классический метод не применяется при сложной зависимости от времени входного напряжения на контуре?
4.5. Формулы для зависимости от времени напряжения на конденсаторе при его зарядке с постоянным входным напряжением и разрядке при отключённом входном напряжении.
4.6. Понятие времени релаксации при зарядке и разрядке конденсатора.
4.7. Как определяется неизвестная ёмкость конденсатора с учётом времени релаксации?
4.8. Понятие об импульсах в электрических цепях. Типы импульсов, параметры импульсов.
4.9. Понятие об интегрирующей и дифференцирующей цепочках.
4.10. Как на экране осциллографа получается графическое изображение формы импульса?
5. Литература
5.1. Г.В. Зевеке, II.А. Ионкин и др. Основы теории цепей. - М.: Энергия, 1975. - 741 с.
5.2. Л.Р. Нейман, К.С. Демирчян. Теоретические основы электротехники, т. 1,2. - л.: Энергоиздат, 1931. - 533 с; 415 с.
5.3. Л.Г. Толстов. Теория линейных электрических цепей. - М.: Высшая школа, 1973. - 272 с.
5.4. Ю.А. Исаков, В.С. Руденко и др. Промышленная электроника. - Киев.; Вища школа, 1975. - 323 с.
5.5. А.И. Ахиезер. Общая физики: Электрические и магнитные явления (справочное пособие). - Киев.:"Наукова Думка", 1981. - 171 с.
Приложение общая характеристика импульсов и способов их формирования в электрических цепях.
В электро - и радиотехнике импульсом называется кратковременное изменение напряжения (или тока) в электрической цепи от начального уровня до некоторого уровня (или). При этом длительность импульса всегда меньше или сравнима с длительностью переходных процессов в этой цепи.
Импульсы подразделяются на два основных типа: видеоимпульсы и радиоимпульсы.
Видеоимпульс - это кратковременное изменение напряжения (или тока) при наличии постоянной (в среднем) составляющей напряжения (или тока). Графическое изображение в зависимости от времени, например, напряжения определяет геометрическую форму импульса; прямоугольную, трапецеидальную, экспоненциальную, треугольную (пилообразную) и т.д., см. рис.П-1. Импульсы могут иметь положительную либо отрицательную полярность.
Рис. П-1. |
Радиоимпульсом называется кратковременное появление высокочастотного синусоидального напряжения (или тока). Огибающая (геометрическая фигура) радиоимпульса имеет форму видеоимпульса. Частота синусоидального напряжения (или тока) называется несущей частотой.
Для количественной оценки импульсов вводят специальные параметры; амплитуда , длительность импульса, длительность переднего фронта, длительность среза (заднего фронта), мощность импульса.
Длительность импульсов обычно находится в пределах от 10-9с до 1с. В специальных случаях используются и более короткие импульсы.
Под фронтами подразумеваются боковые стороны импульса: передняя и задняя.
Мощность импульса определяется как энергия, выделяемая в цепи при прохождении импульса и отнесённая к его длительности.
Импульсы могут быть единичными и периодическими. Для периодических импульсов вводят понятия: период повторения, частота и скважность импульсов.
Периодом повторения импульсов называется интервал времени между началом двух ближайших однополярных импульсов.
Частота повторения (или следования) - это величина, обратная периоду повторения.
Скважностью называется безразмерная характеристика, равная отношению периода повторения к длительности импульса:
,
где и - длительность паузы, т.е. интервала времени между окончанием и началом двух ближайших импульсов (см.рис.П-1).
2. В практической электротехнике импульсы возникают в цепях при установившемся процессе в моменты коммутации: включения и выключения элементов цепей, подключения новых участков цепи и т.п.
В некоторых случаях такие импульсы могут иметь разрушительное действие. Простейшим примером является частое перегорание электроламп при выключении осветительной сети - в результате импульса тока, возникающего при кратковременном повышении напряжения (ЭДС самоиндукции).
Формирование импульсов с различными параметрами необходимо для использования на практике (радио, телевидение, радиолокация и т.д.) и в научных исследованиях. Разработаны специальные схемы и устройства (генераторы импульсов), получившие широкое применение в практической и научной деятельности.
Теоретический анализ импульсных схем сводится к определению переходных процессов в контурах электрических цепей и расчёту зависимостей от времени токов и напряжений. Для этого используются специальные методы, изучаемые в курсах электротехники и электроники.
3. Одними из простейших схем для формирования импульсов являются “R - C”, “R - L” и “R – L - C” контуры.
“R - C” контур, используемый для формирования импульсов, обычно его называют “R - C” цепочкой (ячейкой). На контур подаётся входное напряжение (постоянное или переменное), на выходе (т.е. на конденсаторе или резисторе) - появляется напряжение, зависящее от переходного процесса в контуре.
Цепочка “R - C”, у которой напряжение на выходе пропорционально производной по времени от входного напряжения, называется дифференцирующей. Напряжение выхода при этом "снимается" с резистора.
На рис.П-2а показана схема такой “R - C” цепочки. На рис. П-3а показан результат дифференцирования при подаче на вход прямоугольного двуполярного импульса напряжения. На выходе появляются "пикообразные" импульсы с напряжением, пропорциональным производной по времени от напряжения на фронтах (переднем и заднем) импульса, поступающего на вход контура.
Значение при этом (приближённо) определяется формулой:
Цепочка “R - C” , у которой напряжение на выходе пропорционально интегралу по времени от входного напряжения, называется интегрирующей. Напряжение выхода при этом "снимается" с конденсатора.
На рис.2б показана схема интегрирующей цепочки. На рис.П-3б показан результат (один из возможных) интегрирования при подаче на вход двуполярного прямоугольного импульса напряжения. Кроме показанного (пилообразного) импульса, на выходе могут быть получены импульсы экспоненциальной формы, а также прямоугольные импульсы с длительностью больше, чем у входного.
Значение для импульса на выходе определяется (приближённо) формулой:
В заключение отметим, что приведённые здесь формулы для напряжения на выходе не дают точного описания формы импульсов. Для такого расчёта следует найти передаточную функцию (коэффициент передачи) контура, которая вычисляется специальными (операторно - спектральными) методами.