Контрольные вопросы

1. Как формулируются законы коммутации?

2. Что понимают под независимыми и зависимыми начальными условиями?

3. Как составляется характеристическое уравнение?

4. Что понимают под принужденным и свободным режимами? Каков их смысл?

5. Что такое постоянная времени цепи первого порядка? Как ее определить по осциллограмме переходного процесса?

6. Как определить частоту собственных затухающих колебаний и коэффициент затухания по осциллограмме переходного процесса?

7. Решить задачу, предложенную преподавателем.

Лабораторная работа № 7 исследование переходных и импульсных характеристик

Цель работы

1. Рассчитать и измерить переходные и импульсные характеристики линейных цепей.

2. Рассчитать реакцию цепи на прямоугольный импульс и объяснить динамику переходных процессов.

Подготовка к работе

1. Изучить рассматриваемую тему по конспектам лекций и одному из учебников [1–3].

2. Выполнить расчеты. Исходные данные взять из табл. 7.1, Е = 2 В, С = 8 нФ.

2.1. Для цепи RL (рис. 7.1, R = 1 кОм) рассчитать переходную и импульсную характеристики. Построить графики полученных функций и убедиться в их соответствии друг другу.

2.2. Для цепи RC (рис. 7.2, R = 24 кОм) рассчитать и построить переходную и импульсную характеристики. Убедиться в их соответствии друг другу.

2.3. Для RL и RC цепей (рис. 7.1 и 7.2) построить графики выходного напряжения u₂(t) при воздействии на входе цепей напряжения u₁(t) в виде прямоугольного импульса амплитудой 2 В и длительностью 10 мкс, 75 мкс и 400 мкс.

2.4. Для цепи RLC (рис. 7.3, R = 0,15R_КР) рассчитать переходную и импульсную характеристики, построить графики полученных функций и убедиться в их соответствии друг другу.

Рис. 7.1 Рис. 7.2

Таблица 7.1

Номер бригады	1	2	3	4	5	6	7	8
L, мГн	214	300	260	290	180	160	190	145

3. Подготовить бланк отчета.

4. Ознакомиться с описанием установки.

5. Подготовить ответы на контрольные вопросы.

Описание установки и методика измерений

Для экспериментального определения переходной и импульсной характеристик на вход исследуемой цепи подаются прямоугольные импульсы от генератора Г5-54 с выхода 1:1 (внутреннее сопротивление генератора 90 Ом). Выходные сигналы наблюдаются с помощью осциллографа С1-72 (см. рис. 6.4 лабораторной работы № 6).

Для наблюдения переходной характеристики длительность импульса должна быть больше длительности переходного процесса, т.е. t_и > t_{пер. проц}.

Для наблюдения импульсной характеристики длительность импульса должна быть достаточно малой, чтобы его можно было считать ударным воздействием, т.е. t_и<<_цепи. Интервал между импульсами должен быть достаточно большим, чтобы в течение его энергия, накопленная в цепи, рассеялась и схема вернулась к нулевым начальным условиям.

С учетом перечисленных требований следует частоту повторения импульсов установить равной 100 Гц, длительность импульса при измерении переходной характеристики – 1000 мкс, а при измерении импульсной характеристики – 10 мкс. Амплитуду импульса следует установить равной 2 В.

Рекомендуется использовать ждущий режим работы осциллографа (кнопка нажата). В этом режиме синхроимпульсы с генератора Г5-54 подаются на запуск развертки осциллографа С1-72. Для наблюдения переднего фронта характеристик следует установить задержку основного импульса относительно синхронизирующего около 10 мкс.

Для количественного сравнения результатов эксперимента с расчетами для RC и RL цепей следует измерить максимальное значение и постоянную времени каждой из исследуемых характеристик. Для цепи RLC необходимо измерить установившееся значение, и по осциллограммам определить и _св. При наблюдении импульсных характеристик следует иметь в виду, что величина реакции цепи много меньше амплитуды входного импульса. Поэтому наблюдение самого импульса, прошедшего на выход цепи, и последующей реакции цепи должно проводиться при различной чувствительности усилителя вертикального отклонения осциллографа.

Выполнение работы

1. Для исследования характеристик цепи RL использовать цепь, показанную на рис. 7.1. Подавая на вход цепи импульсы длительностью 1000 и 10 мкс, зарисовать осциллограммы выходных напряжений. Определить максимальные значения h(t) и g(t), а также постоянную времени по снятым осциллограммам.

2. Для исследования характеристик цепи RC использовать цепь, показанную на рис. 7.2. Провести измерения аналогично п.1.

3. Для исследования характеристик цепи RLC использовать цепь, показанную на рис. 7.3. Изменением величины сопротивления резистора добиться колебательного режима, при котором наблюдается около трех периодов колебаний за длительность переходного процесса. Зарисовать осциллограммы u_C(t) при t_и = 1000 и 10 мкс. Определить по ним , _св , h(0), h( ), g(+0) и сравнить их с расчетными.

Контрольные вопросы

1. Что называется переходной и импульсной характеристиками цепи?

2. Как измерить переходную и импульсную характеристики цепи?

3. Как рассчитать реакцию цепи на сложное воздействие?

4. Найти h(t) и g(t) для схемы, заданной преподавателем.

5. Найти реакцию цепи на прямоугольный импульс по заданной h(t) .

6. Записать интеграл Дюамеля для заданного входного воздействия.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8

ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ

В ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ

ПРИ ИМПУЛЬСНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ

Цель работы

Исследовать дифференцирующие и интегрирующие цепи при импульсном воздействии.

Подготовка к работе

1. Изучить тему по конспекту лекций и учебникам [1–3].

2. Выполнить расчеты. Исходные данные для расчетов взять из табл. 8.1 согласно номеру бригады.

Таблица 8.1

Номер бригады		1	2	3	4	5	6	7	8
Частота	f, Гц	700	750	800	850	900	1000	1100	1200
Дифферен- цирующая цепь	ф,мкс	165	155	145	135	125	115	105	95
	RД, кОм	12	10	10	9,1	8,2	7,5	6,8	6,2
Интегрирующая цепь	И, мкс	330	310	290	270	250	230	210	190
	RИНТ, кОм	33	30	30	27	24	22	20	20

Для всех вариантов С_Д= 1500 пФ; С_ИНТ= 0,1 мкФ.

2.1. По заданным R_Д, С_Д рассчитать для цепи, изображенной на рис. 8.1, переходные характеристики для u_R (t) при входном воздействии в виде напряжения.

2.2. По рассчитанной переходной характеристике и заданному входному напряжению u₁(t) (рис. 8.2) получить и качественно построить напряжение на нагрузке для 0< t < t₁, t₁< t < t₂, t₂< t < t₃ , t₃< t < t₄ ( t₁=_Ф , , , t₄= T – _Ф, ). Амплитуда входного напряжения U_m= 2 В.

Рис. 8.1 Рис. 8.2

2.3. По заданным R_ИНТ, С_ИНТ рассчитать переходную характеристику цепи (рис. 8.3) для u_С(t) при входном воздействии в виде напряжения.

2.4. По рассчитанной переходной характеристике и заданному входному напряжению u₁(t) (рис. 8.4) получить и построить зависимость напряжения на выходе u₂(t) для одного периода входного воздействия. Амплитуда входного напряжения U_m = 2 В.

Рис. 8.3 Рис. 8.4

3. Подготовить бланк отчета.

4. Ознакомиться с описанием установки.

5. Подготовить ответы на контрольные вопросы.

Описание установки

Элементы исследуемой цепи собраны внутри блока. На его лицевой панели с помощью контактных гнезд закреплены выводы и показаны условные изображения элементов: конденсаторов, резисторов и выходных зажимов четырехполюсника, формирующего трапецеидальное напряжение (рис. 8.2). Для сборки цепи используются проводники с наконечниками. Питание цепи осуществляется от генератора синусоидального напряжения через амплитудный ограничитель, выполняющий функции формирующего четырехполюсника (рис. 8.5). При этом на вход исследуемой цепи будут подаваться трапецеидальные импульсы. С помощью осциллографа С1-72 осуществляются наблюдение формы кривых напряжения и измерение параметров импульсов.

Рис. 8.5

Выполнение работы

1. Измерение и установка параметров входного напряжения.

1.1. Собрать цепь по схеме рис. 8.6.

Рис. 8.6

1.2. Установить заданную в таблице частоту генератора. Плавно вращая ручку “Регулировка выхода”, получить на осциллографе напряжение вида рис. 8.2 с заданной длительностью фронта _Ф.

1.3. Определить амплитуду напряжения U_m и зарисовать осциллограмму.

2. Исследование дифференцирующей цепи.

2.1. Собрать цепь по рис. 8.7.

Рис. 8.7

2.2. Определить амплитуду U_m и длительность _И выходного напряжения. Зарисовать осциллограмму. Сравнить с расчетами.

2.3. Исследовать влияние сопротивления нагрузки на дифференцирующие свойства цепи. В схеме, изображенной на рис. 8.7, параллельно R_Д включить сопротивление нагрузки R_Н1. Повторить измерения предыдущего пункта 2.2 и сравнить результаты (по окончании измерений R_Н1 отсоединить).

2.4. Исследовать влияние емкости на дифференцирующие свойства цепи. Вместо С_Д подключить емкость 10С_Д. Зарисовать осциллограмму. Снять осциллограмму выходного напряжения цепи (рис. 8.7) при С = 2 мкФ. Сравнить с результатами п. 2.2.

3. Исследование интегрирующей цепи.

1. Собрать цепь по схеме, показанной на рис. 8.8.

3.2. Определить амплитуду U_m и длительность фронта импульса _Ф выходного напряжения. Зарисовать осциллограмму.

Рис. 8.8

3.3. Исследовать влияние емкости на интегрирующие свойства цепи. Для этого вместо С_ИНТ подключить 0,1С_ИНТ. Повторить измерения предыдущего пункта 3.2.

3.4. Исследовать влияние сопротивления нагрузки на интегрирующие свойства цепи. Параллельно конденсатору С_ИНТ подключить сопротивление нагрузки R_Н2. Повторить измерения п. 3.2. Сопоставить полученную кривую с расчетной.