Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
PAGE 66
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6
ИССЛЕДОВАНИЕ ВХОДНЫХ И ПЕРЕДАТОЧНЫХ АЧХ И ФЧХ RL- И RC- ЦЕПЕЙ
1 ЦЕЛЬ РАБОТЫ
1.1 Исследовать входные и передаточные характеристики неразветвленных цепей RL и RC.
1.2 Развить навыки работы с программой Electronics Workbench 5.0.
2 ЛИТЕРАТУРА
2.1 Добротворский И.Н. Теория электрических цепей. – M.: Радио и связь, 1989. – С. 191…198.
2.2 Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC – М.: Солон-Р, 1999. – С. 22…50.
3 ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ
3.1 Изучить по [2.1] входные и передаточные характеристики неразветвленных цепей.
3.2 Подготовить ответы на вопросы самопроверки.
3.3 Подготовить бланк отчета (см. раздел 7).
3.4 Сделать предварительный расчет:
3.4.1 Для цепи из последовательного соединения резистора и конденсатора рассчитать реактивное сопротивление хс, входное сопротивление цепи Zвх и угол сдвига фаз φвх на частотах заданных в табл. 6.1, если R= 100 Ом, С = 300 + N, нФ, где N - номер записи студента в учебном журнале. Данные расчета занести в табл. 6.1.
3.4.2 Для этой же цепи рассчитать граничную частоту fгр, модуль коэффициента передачи К и значения фазы φк на частотах заданных в табл. 6.1.
3.4.3 Повторить расчет по п. 3.4.1 для цепи RL на частотах заданных в табл. 6.2, если R= 100 Ом, L = 20 + N, мГн. Данные расчета занести в табл. 6.2.
3.4.4 По данным расчета построить графики зависимостей Zвх =F(f) и φвх=F(f) для цепей RC и RL.
Таблица 6.1
Таблица расчета данных для цепи RС
|
f, кГц |
хс, Ом |
Zвх, Ом |
φвх, град. |
К |
φк, град. |
fгр= кГц |
|
2 |
||||||
|
4 |
||||||
|
6 |
||||||
|
8 |
||||||
|
10 |
Таблица 6.2
Таблица расчета данных для цепи RL
|
f, кГц |
хL, Ом |
Zвх, Ом |
φвх, град. |
|
0,2 |
|||
|
0,4 |
|||
|
0,6 |
|||
|
0,8 |
|||
|
1 |
4 ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
4.1 Какие характеристики электрических цепей носят название входных?
4.2 Что показывают входные амплитудно-частотные и фазочастотные характеристики?
4.3 От каких величин зависят входные функции в линейных электрических цепях?
4.4 Дайте определение граничной частоты.
4.5 Как определяется значение граничной частоты в цепях RL и в цепях RC?
4.6 Чему равно значение модуля входного сопротивления Zвх на граничной частоте?
4.7 Какова величина угла сдвига фаз φвх на граничной частоте?
4.8 Начертите графики зависимостей входных АЧХ и ФЧХ для цепей RL и RC.
4.9 Что показывают передаточные амплитудно-частотные и фазочастотные характеристики?
4.10 Чему равен коэффициент передачи и угол сдвига фаз φк на граничной частоте?
4.11 Начертите графики зависимостей передаточных АЧХ и ФЧХ для цепей RL и RC.
5 АППАРАТНОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
5.1 Рабочая станция локальной сети (персональный компьютер).
5.2 Графический манипулятор мышь.
5.3 Программа Electronics Workbench 5.0.
6 ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
6.1 Проверка подготовки студентов к лабораторной работе по вопросам самопроверки.
6.2 Получить инструктаж по технике безопасности.
ВНИМАНИЕ! Аккуратно обращайтесь с персональным компьютером и его периферийными устройствами. Соблюдайте требования эргономики. Проверьте наличие заземления устройств.
6.3 Включить персональный компьютер, для этого:
6.3.1 Включить рабочую станцию компьютерной сети с помощью сетевого переключателя на системном блоке “Power”.
6.3.2 Наблюдать загрузку компьютера.
6.3.3 Набрать на клавиатуре цифру 1 – загрузка с локального диска.
6.3.4 Для входа в систему нажать Ctrl + Alt + Delete.
6.3.5 После появления окна “Вход в систему” нажать Enter.
6.3.6 Наблюдать выход компьютера в операционную среду Windows.
6.3.7 Два раза щёлкнуть манипулятором мышь на ярлык “Мой компьютер”.
6.3.8 Выбрать диск D: найти папку Work, затем папку EWB 512 (программа Electronics Workbench 5.0); открыть файл WEWB 32. Получить изображение стандартного окна программы.
6.4 Собрать схему исследования цепи RC (рис. 6.1). Для этого из библиотек программы достать необходимые элементы. Элемент переносится из каталога на рабочее поле движением мыши при нажатой левой кнопке, после чего кнопка отпускается. После того, как все необходимые элементы будут вызваны из библиотек, производится соединение их выводов проводниками.
Для соединения необходимо нажать левую клавишу манипулятора мышь в точке соединения в момент появления стрелки. Удерживая клавишу, перемещать манипулятор мышь по коврику. Отпустить клавишу необходимо в момент появления другой точки в нужном месте соединения. Появляющаяся линия – подтверждение правильности соединения. Аналогично включить все элементы схемы.
Рис. 6.1 Схема для исследования входных АЧХ и ФЧХ цепи RC
В данной схеме используются:
V– вольтметр (показывают действующее значение напряжения);
А – амперметр (показывает действующее значение тока);
G - генератор сигнала - (генерирует сигналы различной частоты и длительности синусоидальной, треугольной и прямоугольной формы).
Изм. АЧХ и ФЧХ - измеритель АЧХ и ФЧХ предназначен для анализа амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик. Подключение прибора к схеме осуществляется с помощью зажимов IN (вход) и OUT (выход). Левые клеммы зажимов подключаются соответственно к входу и выходу исследуемой цепи, а правые – к общей шине (земле).
6.4.1 Установить значения C и R согласно п. 3.4.1 данного методического руководства. Чтобы установить значение элемента, надо два раза щёлкнуть левой клавишей манипулятора мышь на изображение элемента и поменять его значение в раскрывшемся окне. Нажать “OK”, окно закроется, значение элемента изменится.
6.4.2 Установить в вольтметрах и амперметре режим измерения переменного тока. Для чего щёлкнуть манипулятором мышь два раза на изображение элемента и в раскрывшемся окне выбрать режим (Mode) – АС (переменный ток).
6.4.3 Щёлкнуть два раза на изображение генератора. Установить режим генерации синусоидальных импульсов, нажав на соответствующее изображение в раскрывшемся окне лицевой панели генератора.
6.4.4 Установить частоту (frequency) равной 2 кГц, амплитуду (amplitude) 3 В, длительность импульса (duty cycle) 50% от периода, постоянную составляющую (offset) сигнала на выходе генератора равной нулю, изменяя эти данные в окошках напротив параметров в раскрывшемся окне лицевой панели генератора.
6.4.5 Щёлкнуть два раза на изображение измерителя АЧХ и ФЧХ. На открывшейся лицевой панели данного прибора нажать манипулятором мышь кнопку Phase (для измерения фазы), вид шкалы Lin – линейная. Щелчками манипулятора мышь установить в окошках пределы измерения: F – максимальное, и I – минимальное значение по осям X (Horizontal) и Y (Vertical). По оси X: F = 25 кГц, I = 0,1 Гц, по оси Y: F = 900, I = -900.
6.5 Снять входные характеристики цепи RC:
6.5.1 Включить режим анализа схемы, щелкнув манипулятором мышь на изображение I включателя, расположенного в правом верхнем углу панели инструментов.
6.5.2 Нажать манипулятором мышь надпись Pause на панели инструментов для того, чтобы остановить анализ работы схемы, или нажать левой клавишей манипулятора мышь на изображение 0 в правом верхнем углу окна.
6.5.3 Снять показания вольтметра V - входное напряжение Uвх. Измерить с помощью амперметра А значение тока в цепи. Показания занести в табл. 6.3.
6.5.4 Измерить угол сдвига фаз между напряжением и током. Для чего на лицевой панели измерителя АЧХ и ФЧХ переместить курсор, расположенный в начале шкалы на частоту работы цепи (2 кГц) и снять показания фазы на информационном поле внизу справа. Занести полученные данные в табл. 6.3.
6.5.5 Повторить п.п. 6.5.2…6.5.3 для других значений частоты f = 4, 6, 8, 10 кГц.
Таблица 6.3
Таблица экспериментальных и расчетных данных исследования цепи RC
Uвх = ____ В
|
Результаты измерений |
Вычисление |
||
|
f, кГц |
I, мА |
φвх, град. |
Zвх, Ом |
|
2 |
|||
|
4 |
|||
|
6 |
|||
|
8 |
|||
|
10 |
6.5.6 По результатам измерений вычислить модуль входного сопротивления цепи Zвх = Uвх/ I. Результаты вычислений записать в табл. 6.3.
6.5.7 По результатам измерений и вычислений построить графики зависимостей Zвх =F(f) и φвх=F(f).
6.6 Снять входные характеристики цепи RL:
6.6.1 В схему (рис 6.1) вместо конденсатора C включить катушку индуктивности L. Значение индуктивности катушки установить согласно п. 3.4.3.
6.6.2 Аналогично п.п. 6.5.1…6.5.5 измерить значение тока и фазы в цепи RL, изменяя частоту генератора (frequency) f=0,2, 0,4, 0,6,0, 8, 1, 2, 4 кГц. Результаты измерений занести в табл. 6.4.
Таблица 6.4
Таблица экспериментальных и расчетных данных исследования цепи RL
Uвх = ____ В
|
Результаты измерений |
Вычисление |
||
|
f, кГц |
I, мА |
φвх, град. |
Zвх, Ом |
|
0,2 |
|||
|
0,4 |
|||
|
0,6 |
|||
|
0,8 |
|||
|
1 |
|||
|
2 |
|||
|
4 |
6.6.3 По результатам измерений вычислить модуль входного сопротивления цепи RL. Результаты вычислений записать в табл. 6.4.
6.6.4 По результатам измерений и вычислений построить графики зависимостей Zвх =F(f) и φвх=F(f).
6.7 Исследовать передаточные характеристики цепи RC:
6.7.1 Собрать схему исследований (рис. 6.2.)
6.7.2 Параметры генератора, измерителя АЧХ и ФЧХ, вольтметров и значения элементов установить согласно п. 6.4.1…6.4.5.
6.7.3 Для частот, заданных в табл. 6.5, измерить входное напряжение (показания вольтметра V1), выходное напряжение (показания вольтметра V2) и угол φк аналогично п. 6.5.1…6.5.4. Полученные результаты занести в табл. 6.5.
Рис. 6.2 Схема для исследования передаточных характеристик цепи RC
Таблица 6.5
Таблица экспериментальных и расчетных данных исследования передаточных характеристик цепи RC
|
f, кГц |
Uвх, В |
Uвых, В |
φк, град. |
К |
|
2 |
||||
|
4 |
||||
|
6 |
||||
|
8 |
||||
|
10 |
||||
|
12 |
||||
|
14 |
6.7.4 Рассчитать значение коэффициента передачи, полученные данные занести в табл. 6.5.
6.7.5 По результатам измерений и вычислений построить графики зависимостей К=F(f) и φк=F(f).
6.8 Исследовать передаточные характеристики цепи RL.
6.8.1 В схему (рис 6.2) вместо конденсатора C включить катушку индуктивности L. Значение индуктивности катушки установить согласно п. 3.4.3.
6.8.2 Повторить п.п. 6.7.2…6.7.4. Полученные данные занести в табл. 6.6.
Таблица 6.6
Таблица экспериментальных и расчетных данных исследования передаточных характеристик цепи RC
|
f, кГц |
Uвх, В |
Uвых, В |
φк, град. |
К |
|
0,2 |
||||
|
0,4 |
||||
|
0,6 |
||||
|
0,8 |
||||
|
1 |
||||
|
2 |
||||
|
4 |
6.8.3 Рассчитать значение коэффициента передачи, полученные данные занести в табл. 6.6.
6.8.4 По результатам измерений и вычислений построить графики зависимостей К=F(f) и φк=F(f) для цепи RL.
6.9 Для цепей RL и RC определить значение граничных частот. Отметить их на графиках Zвх =F(f).
6.10 Показать результаты выполнения работы преподавателю.
6.11 Выключить оборудование.
6.12 Составить отчет по работе.
7 СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
7.1 Наименование и цель работы.
7.2 Расчет домашнего задания по п. 3.4.1, 3.4.2, 3.4.3.
7.3 Схемы исследований (рис. 6.1, рис. 6.2).
7.4 Результаты измерений и вычислений (табл. 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5, 6.6).
7.5 Графики зависимостей Zвх =F(f), φвх=F(f) и К=F(f), φк=F(f) для цепей RC и RL.
7.6 Ответы на контрольные вопросы (по заданию преподавателя).
7.7 Выводы по работе.
8 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
8.1 По каким формулам определяется модуль входного сопротивления для цепей RL и RC? Запишите эти формулы через параметры цепей и через граничную частоту.
8.2 По каким формулам рассчитывается угол сдвига фаз в цепях RL и RC?
8.3 Постройте входные характеристики Zвх =F(f), φвх=F(f) для схем приведенных на рис. 6.3.
Рис. 6.3 Схемы цепей, для которых необходимо построить входные АЧХ и ФЧХ
8.4 По каким формулам определяется коэффициент передачи для цепей RL и RC? Запишите эти формулы через параметры цепей и через граничную частоту.
8.5 Приведите формулы расчета передаточных ФЧХ для цепей RL и RC.
9 СОДЕРЖАНИЕ ЗАЧЁТА
Студент должен знать ответы на контрольные вопросы. Должен уметь проводить измерения, предусмотренные заданием на работу, анализировать результаты измерений.