Домашнее задание

1. В тетради по лабораторным занятиям нарисовать схемы RC и RL интегрирующих и дифференцирующих четырехполюсников.

2. Нарисовать схемы соединения измерительных приборов для исследования частотных.

3. Рассчитать с помощью ЭВМ и построить графики АЧХ и ФЧХ коэффициента передачи по напряжению двух интегрирующих и двух дифференцирующих RC-четырехполюсников с различными параметрами элементов цепи по приведенным вариантам (таблица 2):

Таблица 2

Вариант	R, кОм (kΩ)	С, пФ (pF)
1	10	8200
	10	4700
2	10	10000
	10	8200
3	7,5	8200
	7,5	4700
4	7,5	10000
	7,5	8200

Рекомендации по расчету даны в первом разделе пособия.

Формулы частотных характеристик записать в тетрадь, а характеристики однотипных цепочек построить по точкам на одной координатной сетке.

4. Рассчитать и показать на характеристиках граничные частоты полосы пропускания. Оценить, как влияют параметры элементов цепи на форму (полосу пропускания) частотных характеристик.

5. Объяснить качественно вид амплитудночастотных характеристик коэффициента передачи по напряжению в области нижних, средних и верхних частот всех цепей, рассматриваемых в работе.

В Н И М А Н И Е !

Без выполненного в тетради домашнего задания студент к лабораторному занятию не допускается и ему зачитывается прогул по неуважительной причине.

Лабораторные задания и методические указания

Задание 1. Исследовать передаточные частотные характеристики (АЧХ) интегрирующей RC-цепи. Оценить, как влияют параметры элементов цепи на форму частотных характеристик. Определить полосу пропускания на уровне 0.7K_umax.

1.1. На рабочем поле EWB собрать схему для исследования АЧХ интегрирующей RC- цепи (рис. 5).

К входу схемы подключить источник переменного синусоидального напряжения (AC Voltage Source). Его нужно взять из библиотеки Sources.К выходным полюсам RC- цепи подключить вольтметр.

1.2. Установить параметры R и C в соответствии с вариантом задания.

1 .3. Установить напряжение генератора U₁=1В (V) и частоту f=200 Гц (Hz).

1.4. Установить для вольтметра режим измерения переменного тока – AC. Входное сопротивление вольтметра (Resistance) оставить равным 1 МОм (MΩ).

1.5. Произвести измерение выходного напряжения RC–цепи на частоте сигнала 200 Гц. Для этого включить режим моделирования кнопкой “Пуск”. Вольтметр покажет эффективное значение выходного напряжения U₂, которое надо занести в таблицу 3.

Таблица 3

Теоретический расчет		Результаты эксперимента			Расчет по экспериментальным данным
f, кГц	K	U2, В	T, с	T, с	К	=360T/T, град.
Интегрирующая RCцепь: R= ; C= ; U1=1 В; fгр = .
0,2



1.6. Изменить частоту генератора так, чтобы выходное напряжение изменилось примерно на 10%. При таком шаге изменения выходного напряжения вся кривая разбивается на 10 уровней, по которым будет построена АЧХ. Значение частоты всегда можно откорректировать. Результаты измерений занести в таблицу 3.

1.7. По результатам измерений построить в черновике АЧХ и, если это необходимо, произвести ее корректировку (изменить некоторые значения частоты генератора и измерить выходное напряжение на этих частотах).

Задание 2. Исследовать ФЧХ интегрирующей RC-цепи.

2.1. Собрать схему рис. 6 (дополнить схему рис. 5 осциллографом). Осциллограф находится в библиотеке контрольно-измерительных приборов (Instruments).

2.2. Ознакомиться с передней панелью осциллографа.

Развернуть переднюю панель осциллографа на рабочем столе. Для этого дважды щелкнуть мышью на изображении осциллографа.

О сциллограф имеет два канала (Channel) A и B с раздельной регулировкой чувствительности в диапазоне от 10 мкВ/дел (mV/Div) до 5 кВ/дел (kV/Div) и регулировкой смещения изображения по вертикали (Y Pos). Выбор режима по входу осуществляется нажатием кнопок “AC”, “0”, “Dc”. Режим “AC” предназначен для наблюдения только сигналов переменного тока (этот режим еще называют режимом “закрытого входа”, поскольку в этом режиме на входе усилителя включается разделительный конденсатор, не пропускающий постоянную составляющую). В режиме “0” входной зажим замыкается на землю. В режиме “DC” (включен по умолчанию) можно проводить осциллографические измерения как постоянного, так и переменного тока. Этот режим называют также режимом “открытого входа”, поскольку входной сигнал поступает на вход вертикального усилителя непосредственно. С правой стороны от кнопки “DC” расположен входной зажим. Режим развертки выбирается кнопками “Y/T”, “B/A” и “A/B”. В режиме “Y/T” (обычный режим, включен по умолчанию) реализуется по вертикали – напряжение сигнала, по горизонтали – время. Остальные режимы в работе не используются и они не рассматриваются здесь.

В режиме развертки “Y/T” длительность развертки (TIME BASE) может быть задана в диапазоне от 0,1 нс/дел (ns/div) до 1 с/дел (s/div) с возможностью установки смещения в тех же единицах по горизонтали, т.е. по оси X (X POS).

Предусмотрены четыре режима запуска развертки (EDGE) кнопками “ AUTO” - от канала A или B, “A” - от канала A, “B” – от канала B и “EXT” – от внешнего источника по переднему или заднему фронту запускающего сигнала – кнопки “ ” и “ ” при регулируемом уровне запуска (LEVEL). Внешний источник для синхронизации развертки подключается к зажиму в блоке (TRIGGER).

Заземление осциллографа осуществляется с помощью клеммы GROUND в правом верхнем углу прибора.

При нажатии кнопки “EXPAND” лицевая панель осциллографа существенно меняется – увеличивается размер экрана, появляется возможность прокрутки изображения по горизонтали и его сканирования с помощью вертикальных визирных линий (синего и красного цвета), которые за треугольные ушки (они также обозначены цифрами 1 и 2) могут быть курсором установлены в любое место экрана. При этом в индикаторных окошках под экраном приводятся результаты измерения напряжения, временных интервалов и их приращений (между визирными линиями). Так, в левом окошке получаем T1, VA1 и VB1 – результаты измерений в точке, где находится красная визирная линия, в среднем окошке соответственно имеем T2, VA2 и VB2 – результаты измерений в точке нахождения синей визирной линии и, наконец, в правом окошке – T2-T1, VA2-VA1 и VB2-VB1.

Возврат осциллографа к исходному состоянию осуществляется нажатием кнопки “REDUCE”.

На схеме рис. 6 сигнал от источника входного сигнала подключен к каналу A осциллографа, а выходной сигнал – к каналу B. Со схемой осциллограф объединен базисным узлом (землей).

2.3. Получить на экране устойчивое изображение сигналов.

Установить частоту источника сигнала равной 200 Гц.

Для установки частоты генератора можно не сворачивать панель осциллографа, а сместить ее так, чтобы на рабочем столе было видно и изображение генератора входного сигнала.

Включить режим моделирования. На экране осциллографа появится изображение сигнала в виде черной широкой полосы, медленно передвигающейся по экрану. Для получения изображения двух сигналов в нужном масштабе, нужно выставить соответствующие параметры осциллографа:

1) установить чувствительность по оси Y канала A 500mV/Div;

2) установить скорость развертки 1 ms/Div. На экране осциллографа появится неустойчивое изображение двух сигналов;

3) установить режим синхронизации от сигнала канала A и уровень синхронизации 3,5 для получения устойчивого изображения. Если, однако, изображение по-прежнему будет неустойчивым, можно воспользоваться кнопкой “Pause” для временной остановки моделирования. Кроме того, можно воспользоваться другим режимом: в строке меню программы, вызвать меню Analysis и включить команду Analysis Options. В открывшемся окне щелкнуть мышью на Instruments и включить остановку моделирования после заполнения экрана – Pause after each screen. При этом изображение на экране осциллографа будет неподвижным;

4) установить чувствительность канала B такой, чтобы изображение выходного сигнала было примерно таким же, как и входного. Размер изображения на экране может быть сделан любым, независимо от абсолютной величины сигнала;

5) установить цвет изображения входного сигнала красным, а выходного оставить прежним (черным).

Для того чтобы отличить на экране входной сигнал от выходного, в лаборатории предусмотрен режим цветного изображения. Этот режим для осциллографа можно установить, изменив цвет проводника, подключенного к входу осциллографа. Для изменения цвета проводника подвести курсор к проводнику и щелкнуть мышью. Толщина линии увеличиться. Щелкнуть еще дважды. На рабочем столе появиться окно Wire Properties. Для выбора цвета (Color) щелкнуть по кнопке Set Wire Color и в появившемся еще одном окне выбрать цвет щелчком по соответствующему цветному квадрату, затем – OK. Изображение сигнала на экране будет того же цвета, что и проводник.

2.4. Произвести измерение разности фаз между входным и выходным напряжениями.

Это можно выполнить по формуле  =₂ - ₁ =360^о (T_/T), где T – период сигнала (рис.7а.), а T_φ – временной сдвиг между сигналами (рис.7б.). Временной интервал на экране осциллографа можно измерить, используя визирные линии, которые ориентируют по максимуму гармонической функции, как показано на рис. 7. Визирные линии можно вызвать, включив режим Expand. Величину временного интервала можно прочесть в окне под экраном. Результаты измерений занести в таблицу 3.

В ыходной сигнал может отставать по фазе от входного сигнала и тогда он располагается справа от входного (рис.7). Фазовый сдвиг в этом случае берется со знаком минус. В случае опережения выходного сигнала (располагается слева от входного) фазовый сдвиг берется положительным.

Например, на рис.7, T=500 мс, |T_φ|=67 мс, тогда  =₂ - ₁ = –360^о (T_/T) примерно равняется –45^o. Выходной сигнал отстает по фазе от входного на 30^о. Расчет фазового сдвига также занести в таблицу 3.

После измерения разности фаз на частоте 200 гЦ вернутся к исходному состоянию осциллографа нажатием кнопки “REDUCE”. При этом на экране монитора появиться вновь рабочий стол и можно будет изменить частоту входного сигнала.

2.5. Повторить измерение разности фаз для всех значений частот входного сигнала, полученных при выполнении задания 1. При выполнении этого пункта необходимо менять длительность развертки так, чтобы на экране осциллографа было не более двух периодов сигнала. Результаты расчета φ занести в таблицу 3.

Задание 3. Изменить параметры элементов цепи в соответствии со своим вариантом домашнего задания и повторить п.п. 2.3.-2.5. Составить таблицу результатов аналогичную таблице 3.

Задание 4. Повторить измерения по заданиям 1 -3 для дифференцирующей RCцепи. Для этого на схеме рис. 5 поменять местами R и C.

Задание 5. Исследовать частотные характеристики интегрирующих RL –цепочек, параметры которых указаны в таблице 4.

Повторить пункты заданий 1 – 3.