Электроника.

Методические указания к расчету.

Задание 1. Линейные RC цепи.

Линейные цепи электронных схем – это цепи составленные из элементов имеющих линейные вольтамперные характеристики. К таким элементам относятся:

• сопротивление (конкретная реализация – резистор); для них зависимость тока I от напряжения U определяется законом Ома: , с параметром R – сопротивление.

• емкость (конкретная реализация – конденсатор); зависимость тока I от напряжения U определяется первым законом коммутации: , с параметром C – емкость.

• индуктивность (конкретная реализация – катушка индуктивности); зависимость тока I от напряжения U определяется вторым законом коммутации: , с параметром L – индуктивность.

Также к линейным элементам относятся источники тока и источники напряжения, усилители в режиме усиления малого сигнала, трансформатор без насыщения.

К основным линейным пассивным RC цепям можно отнести:

• фильтр нижних частот (интегрирующее звено);

• фильтр верхних частот (дифференцирующее звено);

• компенсированный делитель напряжения;

• пассивный полосовой фильтр;

• мост Вина;

• двойной Т-образный мост;

• колебательный контур;

1. Фильтр нижних частот.

Это схема (рис.1), которая без изменений передает сигналы нижних частот, а на верхних частотах обеспечивает уменьшение амплитуды сигнала и запаздывание фазы выходного сигнала относительно фазы входного сигнала.

Рис. 1.

Основные расчетные формулы:

• в частотной области: ; ; ;

• во временной области: ), 0 t t_и и ,t_и t

при U_выхU_вх и f_следf_в: - выделение постоянной составляющей U₀ при f_следf_в;

2. Фильтр верхних частот.

Это схема (рис.2), которая без изменений передает сигналы верхних частот, а на нижних частотах обеспечивает уменьшение амплитуды сигнала и опережение фазы выходного сигнала относительно фазы входного сигнала.

Рис. 2.

Основные расчетные формулы:

• в частотной области: ; ; ;

• во временной области: ;

при U_выхU_вх и ff_н : ;

3. Компенсированный делитель напряжения.

Если омический делитель работает на емкостную нагрузку, то он представляет собой фильтр нижних частот. Компенсацию ослабления высоких частот проводят с помощью фильтра верхних частот (рис.3).

Рис. 3.

Для компенсации частотных искажений нужно согласовать коэффициенты деления для омической и емкостной частей делителя:

;

;

4. Пассивный полосовой фильтр.

П ри последовательном соединении фильтров верхних и нижних частот получаем полосовой фильтр, имеющий нулевой коэффициент передачи на низких и высоких частотах и пропускающий сигнал в полосе частот (рис.4).

Рис.4.

Основные расчетные формулы:

; где =RC – нормированная частота;

; ;

5. Мост Вина-Робсона.

Эта схема имеет коэффициент передачи равный нулю на резонансной частоте и максимальный на высоких и низких частотах, т.е. эта схема имеет амплитудно-частотную характеристику обратную полосовому фильтру (рис.5).

Р ис. 5.

Основные расчетные формулы:

; где =RC – нормированная частота;

,  1;

6. Двойной Т-образный мост.

Д анная схема имеет амплитудно-частотную характеристику подобную мосту Вина и предназначена для подавления сигналов определенной частоты, но выходное напряжение снимается относительно общего провода (рис.6).

Рис.6.

Основные расчетные формулы:

; где =RC – нормированная частота;

;

По заданным значениям величины сопротивлений и емкостей провести расчет для всех представленных выше схем:

• д ля фильтров нижних и верхних частот рассчитать и построить амплитудно-частотную и фазочастотную характеристики. Определить граничные частоты. Построить графики временной зависимости выходного напряжения как реакции на входной скачок напряжения. Графики частотных зависимостей строить при логарифмическом масштабе частотной оси.

К

f=/2

0,1 1 10 100

Графики временных зависимостей строить с масштабом по временной оси сравнимым с постоянной времени RC-цепи.

U_вых

 2 3 4 t

• для компенсированного делителя рассчитать необходимую величину компенсирующей емкости и построить амплитудно – частотную характеристику.

• для последующих схем рассчитать и построить амплитудно - частотную и фазо - частотную характеристики. По оси частот взять масштаб логарифмический.

К

0,1 0,2 0,5 1 2 5 10 

• результаты оформить в виде пояснительной записки. В записке привести для каждой схемы: краткую характеристику, графический чертеж, графики рассчитанных зависимостей, рассчитанные параметры. Записку оформить на листах формата А4 с титульным листом по обычным требованиям к подобного рода документам.