ИССЛЕДОВАНИЕ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ
Цель работы:
1. Экспериментальное исследование амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик электрических цепей первого порядка
2. Экспериментальное исследование частотных характеристик электрических цепей второго порядка.
Задание на подготовку к лабораторной работе:
- ознакомиться с руководством к лабораторной работе;
- выполнить предварительный расчет согласно варианту задания (таблица 1):
а) амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик (АЧХ и ФЧХ) низкочастотного звена первого порядка (НЧ-1) и построить их графики.
б) амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик (АЧХ и ФЧХ) высокочастотного звена первого порядка (ВЧ-1) и построить их графики.
в) амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик полосового звена (ПЗ) и построить графики.
Таблица 1 - Варианты заданий для предварительного расчета и исследований
Вариант № | R1, кОм | С1, нФ | R2, кОм | С2, нФ | Вариант № | R1, кОм | С1, нФ | R2, кОм | С2, нФ |
1.1 | 1.0 | ||||||||
1.2 | 1.2 | ||||||||
1.5 | 1.5 | ||||||||
1.7 | 1.7 | ||||||||
2.5 | 2.5 | ||||||||
3.0 | 3.0 | ||||||||
1.0 | 1.0 | ||||||||
1.1 | 1.1 | ||||||||
1.2 | 1.2 | ||||||||
2.2 | 2.2 | ||||||||
3.6 | 3.6 | ||||||||
1.2 | 1.2 | ||||||||
1.5 | 1.5 | ||||||||
1.7 | 1.7 | ||||||||
2.5 | 2.5 | ||||||||
3.0 | 3.0 | ||||||||
1.0 | 1.0 | ||||||||
1.1 | 1.1 | ||||||||
1.2 | 1.2 | ||||||||
2.2 | 2.2 | ||||||||
3.6 | |||||||||
1.2 | 1.2 | ||||||||
1.5 | 1.5 | ||||||||
1.7 | 1.7 | ||||||||
2.5 | 2.5 | ||||||||
3.0 | 3.0 | ||||||||
1.0 | 1.0 | ||||||||
1.1 | 1.1 | ||||||||
1.2 | 1.2 | ||||||||
2.2 | 2.2 |
Описание схемы исследований.
|
Исследования проводятся на ПЭВМ в среде Electronics Workbench. Схемы исследований содержат источники переменного напряжения, резисторы, конденсаторы, осциллограф, вольтметры. Осциллограф используется для определения фазовых сдвигов гармонических напряжений.
Задание на исследование:
1. Исследовать амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик (АЧХ и ФЧХ) низкочастотного звена первого порядка (НЧ-1) и построить их графики.
2. Исследовать амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик (АЧХ и ФЧХ) высокочастотного звена первого порядка (ВЧ-1) и построить их графики.
3. Исследовать амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик полосового звена (ПЗ) и построить графики.
Порядок проведения исследований.
а) Исследование амплитудно-частотных фазочастотных характеристик (АЧХ и ФЧХ) низкочастотного звена первого порядка (НЧ-1)
|
1.Собрать схему электрической цепи (рисунок 1).
Рисунок 1-Схема исследования частотных характеристик НЧ-1
2.Установить заданные согласно варианту величины сопротивления резистора R1 и емкости конденсатора С1, значение ЭДС источника Е =1В и частоты
f = 0.2 Гц. Для чего к нужному элементу подводится курсор и двойным нажатием левой кнопки «мыши» вызывается окно (с именем элемента), в котором устанавливается требуемое значение параметра и нажимается кнопка «Accept». Двойным нажатием левой кнопки «мыши» на линии канала "А" осциллографа установить желательный цвет осциллограммы (например, красный)
3. После завершения установки всех параметров схемы кнопку - «0-1» перевести в положение 1-«Включено». По завершении автоматических расчетов кнопку перевести в положение 0-«Выключено». Показания вольтметров занести в таблицу результатов исследований
Таблица 2 - Результаты исследований низкочастотного звена НЧ-1
f/fгр | 0.2 | 0.4 | 0.6 | 0.8 | 1.0 | 1.2 | 1.4 | 1.6 | 2.0 | 2.5 | 3.0 | 3.5 | 4.0 | 5.0 |
f, Гц | ||||||||||||||
U2, B | ||||||||||||||
U1, B | ||||||||||||||
H(f) | ||||||||||||||
T2-T1, с | ||||||||||||||
,град |
4. Двойным нажатием левой кнопки «мыши» на изображении осциллографа активизировать его и перевести в режим «Zoom». Установить визирную линейку 1 (красного цвета) в точку пересечения оси времени осциллограммой канала "А" при ее переходе от отрицательного значения к положительному, а визирную линейку 2 - в точку пересечения оси времени осциллограммой канала “В” при ее переходе от отрицательного значения к положительному. Значение временного промежутка Т2-Т1 занести в таблицу 2. Рассчитать фазовый сдвиг между напряжениями U2 и U1 в градусах по формуле или . Здесь Т=1/f - период синусоидальной ЭДС источника, который может быть определен с помощью осциллографа по осциллограмме напряжения канала А.
|
5. Изменяя частоту f источника согласно таблице 2 выполнить п.п. 3-4.
6. По результатам исследований построить графики АЧХ и ФЧХ звена НЧ-1
б) Исследование амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик (АЧХ и ФЧХ) высокочастотного звена первого порядка (ВЧ-1)
1.Собрать схему электрической цепи (рисунок 2).
Рисунок 2 - Схема исследования частотных характеристик ВЧ-1
2.Установить заданные согласно варианту величины сопротивления резистора R2 и емкости конденсатора С2, значение ЭДС источника Е =1В и частоты f = 0.2 Гц. Двойным нажатием левой кнопки «мыши» на линии канала "А" осциллографа установить желательный цвет канала (например, красный)
3. После завершения установки всех параметров схемы кнопку - «0-1», расположенную в правом верхнем углу экрана перевести в положение 1-«Включено». По завершении автоматических расчетов кнопку перевести в положение 0-«Выключено». Показания вольтметров занести в таблицу расчетных и экспериментальных данных (таблица 2).
4. С помощью осциллографа определить значение временного промежутка Т2-Т1. Рассчитать и занести в таблицу фазовый сдвиг между напряжениями U2 и U1 в градусах по формуле или .
5. Изменяя частоту f источника согласно таблице 2 выполнить п.п. 3-4.
6. По результатам исследований построить графики АЧХ и ФЧХ звена ВЧ-1
в) Исследование амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик (АЧХ и ФЧХ) полосового звена
1.Собрать схему электрической цепи (рисунок 3).
2.Установить заданные согласно варианту величины сопротивлений резисторов R1, R2 и емкости конденсаторов С1, С2, значение ЭДС источника Е =1В и частоты f Гц.
Рисунок 3 - Схема исследования частотных характеристик полосового звена
3. После завершения установки всех параметров схемы кнопку - «0-1», расположенную в правом верхнем углу экрана перевести в положение 1-«Включено». По завершении автоматических расчетов кнопку перевести в положение 0-«Выключено». Показания вольтметров занести в таблицу расчетных и экспериментальных данных (таблица 2).
4. С помощью осциллографа определить значение временного промежутка Т2-Т1. Рассчитать фазовый сдвиг между напряжениями U2 и U1 в градусах по формулам или и занести в таблицу 2.
5. Изменяя частоту f источника согласно таблице 2 выполнить п.п. 3-4.
6. По результатам исследований построить графики АЧХ и ФЧХ полосового звена. По графику АЧХ определить полосу пропускания. Результаты исследований сравнить с результатами предварительного расчета. Сделать выводы.
Содержание отчета.
Отчет по лабораторной работе должен содержать:
- схемы исследований;
- заполненные таблицы расчетных и экспериментальных данных, расчетные формулы и подробный расчет всех требуемых параметров;
- графики АЧХ и ФЧХ звеньев;
- выводы по результатам исследований.
Контрольные вопросы:
1. Изобразите схему низкочастотного звена первого порядка.
2. Дайте определение комплексной передаточной характеристики цепи.
3. Запишите выражение для комплексной передаточной функции низкочастотного звена первого порядка.
4. Дайте определение амплитудно-частотной характеристики цепи.
5. Изобразите графики амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик низкочастотного звена первого порядка.
6. Каким образом по графику амплитудно-частотной характеристики низкочастотного звена первого порядка можно определить граничную частоту?
7. Запишите выражение для комплексной передаточной функции полосового звена.
8. Изобразите графики амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик полосового звена.
9. Каким образом по графику амплитудно-частотной характеристики полосового звена можно определить граничные частоты?