3 Вопросы для самопроверки

3.1 Какие характеристики электрических цепей носят название входных?

3.2 Что показывают входные амплитудно-частотные и фазочастотные характеристики?

3.3 От каких величин зависят входные функции в линейных электрических цепях?

3.4 Дайте определение граничной частоты.

3.5 Как определяется значение граничной частоты в цепях RL и в цепях RC?

3.6 Чему равно значение модуля входного сопротивления Z_вх на граничной частоте?

3.7 Какова величина угла сдвига фаз φ_вх на граничной частоте?

3.8 Начертите графики зависимостей входных АЧХ и ФЧХ для цепей RL и RC.

3.9 Что показывают передаточные амплитудно-частотные и фазочастотные характеристики?

3.10 Чему равен коэффициент передачи К и угол сдвига фаз φ_к на граничной частоте?

3.11 Начертите графики зависимостей передаточных АЧХ и ФЧХ для цепей RL и RC.

4 Аппаратное и программное обеспечение

4.1 Рабочая станция локальной сети (персональный компьютер).

4.2 Графический манипулятор мышь.

4.3 Программа Electronics Workbench 5.0.

5 Порядок выполнения работы

5.1 Проверка подготовки учащихся к лабораторной работе по вопросам самопроверки.

5.2 Получить инструктаж по технике безопасности.

ВНИМАНИЕ! Аккуратно обращайтесь с персональным компьютером и его периферийными устройствами. Соблюдайте требования эргономики. Проверьте наличие заземления устройств.

5.3 Запустить программу Electronics Workbench 5.0.

5.4 Собрать схему проведения исследований (рисунок 5.1). Элемент переносится из библиотек программы на рабочее поле движением мыши при нажатой левой кнопке, после чего кнопка отпускается. После того, как все необходимые элементы будут вызваны из библиотек, производится соединение их выводов проводниками.

Для соединения элементов необходимо нажать левую клавишу манипулятора мышь в точке соединения в момент появления стрелки. Удерживая клавишу, перемещать манипулятор мышь по коврику. Отпустить клавишу необходимо в момент появления другой точки в нужном месте соединения. Появляющаяся линия – подтверждение правильности соединения.

Рисунок 5.1 – Схема для исследования входных АЧХ и ФЧХ

цепи RC

В данной схеме используются:

V – вольтметр (показывают действующее значение входногонапряжения);

А – амперметр (показывает действующее значение тока);

G – генератор сигнала – (генерирует сигналы различной частоты и длительности синусоидальной, треугольной и прямоугольной формы).

Изм. АЧХ и ФЧХ - измеритель амплитудно-частотных (АЧХ) и фазочастотных (ФЧХ) характеристик. Подключение прибора к схеме осуществляется с помощью зажимов IN (вход) и OUT (выход). Левые клеммы зажимов подключаются соответственно к входу и выходу исследуемой цепи, а правые – к общей шине (земле).

5.4.1 Установить значения C и R согласно п. 2.4 данной лабораторной работы. Чтобы установить значение элемента, надо два раза щелкнуть левой клавишей манипулятора мышь на изображение элемента и поменять его значение в раскрывшемся окне; нажать «OK», окно закроется, значение элемента изменится.

5.4.2 Установить в вольтметрах и амперметре режим измерения переменного тока, для чего щёлкнуть манипулятором мышь два раза на изображение элемента и в раскрывшемся окне выбрать режим (Mode) – АС (переменный ток).

5.4.3 Щелкнуть два раза на изображение генератора. Установить режим генерации синусоидальных импульсов, нажав на соответствующее изображение в раскрывшемся окне лицевой панели генератора.

5.4.4 Установить частоту (frequency) равной 2 кГц, амплитуду (amplitude) 3 В, длительность импульса (duty cycle) 50 % от периода, постоянную составляющую (offset) сигнала на выходе генератора равной нулю, изменяя эти данные в окошках напротив параметров в раскрывшемся окне лицевой панели генератора.

5.4.5 Щелкнуть два раза на изображение измерителя АЧХ и ФЧХ. На открывшейся лицевой панели данного прибора нажать манипулятором мышь кнопку PHASE (для измерения фазы), вид шкалы LIN – линейная. Щелчками манипулятора мышь установить в окошках пределы измерения: F – максимальное значение, I – минимальное значение:

– по оси X (Horizontal): F = 25 кГц, I = 0,1 Гц;

– по оси Y (Vertical): F = 90⁰, I = -90⁰.

5.5 Снять входные характеристики цепи RC:

5.5.1 Включить режим анализа схемы, щелкнув манипулятором мышь на изображение включателя, расположенного в правом верхнем углу панели инструментов.

5.5.2 Нажать манипулятором мышь надпись Pause на панели инструментов, остановив анализ построения программой временных диаграмм или отключить формирование сигналов, нажав левой клавишей манипулятора мышь на изображение выключателя в правом верхнем углу окна.

5.5.3 Снять показания вольтметра V – входное напряжение U_вх. Измерить с помощью амперметра А значение тока в цепи. Показания занести в таблицу 5.3.

5.5.4 Измерить угол сдвига фаз между напряжением и током, для чего на лицевой панели измерителя АЧХ и ФЧХ переместить курсор, расположенный в начале шкалы, на частоту работы цепи (2 кГц) и снять показания фазы на информационном поле внизу справа. Занести полученные данные в таблицу 5.3.

5.5.5 Повторить п. 5.5.2–5.5.4 для других значений частоты f = 4, 6, 8, 10 кГц.

Таблица 5.3 – Таблица экспериментальных и расчетных данных исследования цепи RC

U_вх = ____ В

Частота	Результаты измерений		Вычисление
f, кГц	I, мА	φвх, град.	Zвх, Ом
2
4
6
8
10

5.5.6 По результатам измерений вычислить модуль входного сопротивления цепи :

Z_вх = U_вх/ I.

Результаты вычислений записать в таблицу 5.3.

5.5.7 По результатам измерений и вычислений построить графики зависимостей Z_вх = F(f) и φ_вх = F(f).

5.6 Снять входные характеристики цепи RL:

5.6.1 В схему (рисунок 5.1) вместо конденсатора C включить катушку индуктивности L. Значение индуктивности катушки установить согласно п. 2.5.

5.6.2 Аналогично п. 5.5.1–5.5.5 измерить значение тока и фазы в цепи RL, изменяя частоту генератора (frequency) f = 0,2; 0,4; 0,6; 0, 8; 1; 2; 4 кГц. Результаты измерений занести в таблицу 5.4.

Таблица 5.4 – Таблица экспериментальных и расчетных данных исследования цепи RL

U_вх = ____ В

Частота	Результаты измерений		Вычисление
f, кГц	I, мА	φвх, град.	Zвх, Ом
0,2
0,4
0,6
0,8
1
2
4

5.6.3 По результатам измерений вычислить модуль входного сопротивления цепи RL. Результаты вычислений записать в таблицу 5.4.

5.6.4 По результатам измерений и вычислений построить графики зависимостей Z_вх = F(f) и φ_вх = F(f).

5.7 Исследовать передаточные характеристики цепи RC.

5.7.1 Собрать схему исследований (рисунок 5.2.)

5.7.2 Параметры генератора, измерителя АЧХ и ФЧХ, вольтметров и значения элементов установить согласно п. 5.4.1–5.4.5.

5.7.3 Для частот, заданных в таблице 5.5, измерить входное напряжение (показания вольтметра V1), выходное напряжение (показания вольтметра V2) и угол φ_к аналогично п. 5.5.1–5.5.4. Полученные результаты занести в таблицу 5.5.

Рисунок 5.2 – Схема для исследования передаточных характеристик цепи RC

Таблица 5.5 – Таблица экспериментальных и расчетных данных исследования передаточных характеристик цепи RC

f, кГц	Uвх, В	Uвых, В	φк, град.	К
2
4
6
8
10
12
14

5.7.4 Рассчитать значение коэффициента передачи

K = U_вых/U_вх,

полученные данные занести в таблицу 5.5.

5.7.5 По результатам измерений и вычислений построить графики зависимостей К=F(f) и φ_к=F(f).

5.8 Исследовать передаточные характеристики цепи RL.

5.8.1 В схему (рисунок 5.2) вместо конденсатора C включить катушку индуктивности L. Значение индуктивности катушки установить согласно п. 2.5.

5.8.2 Повторить п. 5.7.3–5.7.4. Полученные данные занести в таблицу 5.6.

Таблица 5.6 – Таблица экспериментальных и расчетных данных исследования передаточных характеристик цепи RL

f, кГц	Uвх, В	Uвых, В	φк, град.	К
0,2
0,4
0,6
0,8
1
2
4

5.8.3 По результатам измерений и вычислений построить графики зависимостей К = F(f) и φ_к = F(f) для цепи RL.

5.9 Показать результаты выполнения работы преподавателю.

5.10 Выключить оборудование.

5.11 Составить отчет по работе.