Лабораторная работа № 1 Исследование прохождения сигналов через линейные стационарные цепи (rc и lr)

Цель работы: Изучение процессов прохождения радиотехнических сигналов через линейные стационарные цепи. Исследование отклика фильтров низких частот на периодический входной сигнал.

Задание № 1.

А) Провести теоретическое исследование математической модели (ММ) периодического сигнала.

1. Записать ММ сигнала (аналитическое представление).

2. Построить осциллограмму и теоретически расчитаный амплитудный спектр сигнала (в масштабе по осям). Частота следования видеоимпульсов в последовательности равна F = N кГц, длительность импульса составляет 50% от длительности периода повторения. Амплитуда сигнала равна N вольт. Где N номер Вашего варианта.

Б) Аналитически определить частотный коэффициент передачи цепи.

1. В исследуемой RC цепи определить выражение частотного коэффициента передачи K(j).

2. Задать следующие параметры цепи: R = N Ом, С = 100 N мкФ при N<4 либо С = 100 N нФ при N  4. Построить в масштабе АЧХ цепи.

В) Определить отклик цепи (реакцию на входной сигнал).

На одном графике в масштабе отобразить спектр входного сигнала и АЧХ цепи. Проанализировать график (качественно) и дать заключение об отклике цепи (о возможности передачи сигнала по цепи без искажения). Письменно сформулировать вывод.

Задание № 2. Провести компьютерное моделирование процесса прохождения сигнала по цепи.

1. Собрать в программном пакете Multisim схему исследования (см. Рис.1).

От генератора на цепь (R = N Oм, C = 100N мкФ либо (C = 100N нФ) на схеме пример для 1 варианта) подать периодическую последовательность положительных видеоимпульсов с параметрами из задания 1.

Параметры сигнала устанавливаются в генераторе (для положительных видеоимпульсов выбрать в свойствах генератора Offset = амплитуде =N вольт).

2. Исследовать ММ входного сигнала.

2.1. В точке 1 цепи (на выходе генератора) получить спектр сигнала (разложение сигнала в ряд Фурье). Обязательно в поле Frequency установить частоту, равную частоте следования импульсов в последовательности (F = N кГц). Распечатать или зарисовать полученный спектр в масштабе.

2.2. На осциллографе получить осциллограмму входного сигнала, распечатать или зарисовать в масштабе.

Рис. 1. Схема исследования прохождения периодических сигналов через линейную стационарную цепь (фильтр низких частот)

3. Исследовать частотный коэффициент передачи цепи.

3.1. Для определения частотного коэффициента цепи необходимо найти зависимости входного и выходного сигналов (напряжений) от частоты. Для этого в меню Analysis в поле AC Analysis в области Output выбрать точки 1, 2. На основании анализа выходной реакции системы (зависимости входного и выходного напряжений и фазы от частоты) самостоятельно построить АЧХ и ФЧХ в масштабе.

4. Исследовать отклик (выходную реакцию) цепи.

В точке 2 схемы исследовать отклик цепи. Методика исследования отклика аналогична пункту 2 задания 2.

Проанализировать АЧХ и отклик цепи, письменно указать требования к параметрам входного сигнала, позволяющие:

А) передавать сигнал по цепи без искажения,

Б) полностью отфильтровывать сигнал.

Результаты анализа подтвердить компьютерным моделированием (представить в виде распечаток графиков спектров входного сигнала и отклика). По результатам компьютерного моделирования сделать письменно выводы.

Задание № 3. Сравнительный анализ результатов теоретического расчета и компьютерного моделирования процесса прохождения сигнала по цепи.

1. Провести сравнительный анализ теоретических расчетов и результатов моделирования с помощью программного пакета Multisim. На основании анализа письменно сформулировать выводы.

Задание № 4. Исследование отклика фильтра низких частот

на примере LR цепи.

Самостоятельно исследуйте отклик фильтра низких частот на элементах L и R на аналогичный входной сигнал (параметры сигнала взять из задания № 1). Методика исследования приведена в заданиях 1–3.

Контрольные вопросы:

1. Дать определение линейной стационарной цепи с сосредоточенными параметрами.

2. Дать определение частотного коэффициента передачи, АЧХ, ФЧХ.

3. Сформулировать требования к передаче сигнала по цепи без искажений.

4. Привести идеализированные характеристики фильтра низких частот.