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
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования “Южный федеральный университет” |
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ В Г. ТАГАНРОГЕ
РУКОВОДСТВО
к лабораторным работам
по теории электрических цепей
Часть I
для студентов направления 210700
Таганрог 2012
УДК 621.3.011.1(07.07)+621.372.061(07.07)
Составители: А.М. Пилипенко, Ф.А. Цветков
Руководство к лабораторным работам по теории электрических цепей. Часть I. – Таганрог: ТТИ ЮФУ, 2012.
Руководство предназначено для подготовки и проведения первых четырех лабораторных работ по курсу «Теория электрических цепей» для студентов направления 210700 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи».
Ил. 12. Табл. 4. Библиогр.: 10 назв.
Лабораторные работы по теории электрических цепей выполняются после того, как необходимый материал рассмотрен на лекциях и практических занятиях. Выполнение каждой лабораторной работы осуществляется поэтапно:
- выполнение домашнего задания к лабораторной работе;
- допуск к работе в лаборатории;
- выполнение лабораторного задания;
- оформление отчета к лабораторной работе;
- защита лабораторной работы.
Для выполнения лабораторных работ студенты объединяются в бригады по 2 – 3 человека. Каждой бригаде присваивается определенный номер, который соответствует номеру варианта домашнего задания и номеру лабораторного стола с находящемся на нем оборудованием. Обязанности каждого члена бригады должны быть разграничены (работа с приборами, запись и обработка экспериментальных данных, построение графиков), что позволяет экономить время выполнения лабораторного задания.
Лабораторное задание считается выполненным после согласования полученных результатов эксперимента с преподавателем. Окончательная обработка экспериментальных данных и формулировка выводов может быть проведена в домашних условиях.
Самостоятельную подготовку к лабораторной работе лучше начать за 2 – 3 дня до занятия и проводить в следующем порядке.
1. Изучить материал, относящийся к теме лабораторной работы по конспекту лекций и по учебнику, а также просмотреть задачи, решенные на практическом занятии и приведенные в задачнике.
2. Изучить описание лабораторной работы, записать в отчет название работы, цель работы, исходные данные, нарисовать схему экспериментальной установки и исследуемых цепей.
3. Выполнить домашнее задание, содержание которого приведено в описании к лабораторной работе.
4. Продумать методику эксперимента, ответив на следующие вопросы: а) какие цепи необходимо исследовать? б) что необходимо измерять? в) какие измерительные приборы необходимо использовать? г) как подключать измерительные приборы к исследуемой цепи? д) как обрабатывать экспериментальные данные?
Для получения допуска к лабораторной работе студент должен:
1) представить индивидуальный письменный отчет, содержащий выполненное домашнее задание;
2) знать цель и содержание работы;
3) уметь описать методику эксперимента.
При выполнении лабораторных работ на кафедре теоретических основ радиотехники каждый студент обязан соблюдать правила техники безопасности:
- запрещается начинать выполнение работы без разрешения преподавателя;
- запрещается выполнять работы, не предусмотренные лабораторным заданием, а также бесцельно переключать ручки приборов;
- не разрешается загромождать рабочее место предметами ненужными для выполнения лабораторной работы;
- следует подключать соединительные провода только одной рукой, так как в этом случае уменьшается опасность поражения электрическим током.
За невыполнение правил внутреннего распорядка и техники безопасности в учебной лаборатории виновные могут быть отстранены от работ.
Каждый студент оформляет собственный отчет по лабораторной работе, который должен содержать:
- название работы, цель работы, исходные данные;
- результаты выполнения домашнего задания;
- результаты экспериментальных исследований;
- выводы по работе.
Для рассчитываемых величин должны быть указаны название и размерность, на графиках должны быть приведены обозначения осей и указан масштаб. Выводы должны выражать в сжатой форме: знания, умения и навыки, приобретенные студентами при выполнении лабораторной работы; положения теории цепей, которые нашли подтверждения в ходе эксперимента; причины отклонений результатов эксперимента от расчетных данных.
В процессе подготовки к защите работы следует еще раз обдумать цель, содержание и методику выполнения лабораторной работы, ответить на контрольные вопросы, список которых приведен в конце описания каждой работы.
Генератор SFG-2110 является функциональным генератором, который может воспроизводить выходное напряжение различной формы – гармоническое, периодические последовательности прямоугольных и треугольных импульсов.
Временные диаграммы напряжений, формируемых генератором SFG 2110, приведены на рис. 1.1.
Рис. 1.1. Временные диаграммы периодических напряжений
(а – гармоническое колебание; б – последовательность прямоугольных импульсов; в – последовательность треугольных импульсов)
Периодические колебания, приведенные на рис. 1.1, характеризуется следующими параметрами: – размах (разность между наибольшим и наименьшим мгновенными значениями колебания); – период (наименьший интервал времени, через который значение колебания повторяется). Величина обратная периоду называется частотой: .
В случае гармонического колебания вместо значения чаще используются следующие параметры: – амплитуда (наибольшее мгновенное значение гармонического колебания) и – действующее (среднеквадратическое) значение.
Для периодической последовательности прямоугольных импульсов с помощью генератора SFG-2110 можно регулировать длительность импульсов τи путем изменения коэффициента заполнения (значение d часто выражается в процентах). Следует отметить, что величина обратная коэффициенту заполнения называется скважностью импульсной последовательности.
Основные технические характеристики генератора SFG-2110
- диапазон частот выходного напряжения: 0,1 Гц – 10 МГц;
- предел допускаемой абсолютной погрешности установки частоты: Гц;
- внутреннее сопротивление: 50 Ом;
- максимальное значение выходного напряжения: 10 В (при сопротивлении нагрузки 50 Ом);
- диапазон плавной регулировки коэффициента заполнения прямоугольных импульсов 0,2 –0,8 (20 – 80 %).
На рис. 1.2 приведена передняя панель генератора SFG-2110.
Рис. 1.2. Вид передней панели генератора SFG-2110
На рис. 1.2 обозначены следующие органы управления и индикации генератора.
Вольтметры В7-38 и В7-77 – являются универсальными цифровыми вольтметрами и предназначены для измерения уровня постоянного напряжения и действующего значения гармонического напряжения. Кроме того, эти вольтметры позволяют измерять сопротивление постоянному току, уровень постоянного тока и действующее значения гармонического тока.
Внешний вид передних панелей вольтметров показан на рис. 1.3.
а)
б)
Рис. 1.3. Вид передних панелей вольтметров В7-38 (а) и В7-77 (б)
На передней панели каждого вольтметра расположены входные измерительные гнезда, цифровой индикатор и переключатель рода работ (кнопочный для В7-38 и барабанный для В7-77). Выключатель питания вольтметров расположен на задней панели.
В лабораторных работах по теории цепей вольтметры будут использоваться в следующих режимах:
1) измерение уровня постоянного напряжения U_ (переключатель рода работ устанавливается в положение V);
2) измерение действующего значения гармонического напряжения U (переключатель рода работ устанавливается в положение V~).
Основные технические характеристики вольтметров В7-38 и В7 77 приведены в табл. 1.1.
Таблица 1.1
Основные технические характеристики вольтметров
|
Вольтметр |
В7-38 |
В7-77 |
|
Измерение уровня постоянного напряжения (V) |
||
|
Диапазон измеряемых величин |
± 10 мкВ … ±1000 В |
± 40 мкВ … ±1000 В |
|
Значения пределов измерений |
0,2; 2; 20; 200; 1000 В |
0,2; 2; 20; 200; 1000 В |
|
Основная относительная погрешность |
% |
% |
|
Входное сопротивление вольтметра |
(10 0,5) МОм |
(10 0,5) МОм |
|
Измерение действующего значения гармонического напряжения (V~) |
||
|
Диапазон измеряемых величин |
10 мкВ … 300 В |
1 мВ … 750 В |
|
Значения пределов измерений |
0,2; 2; 20; 200; 300 В |
0,2; 2; 20; 200; 750 В |
|
Диапазон частот исследуемого напряжения и основная относительная погрешность при В |
1) 30 Гц ≤ fр ≤ 40 Гц % |
1) 20 Гц ≤ fр ≤ 10 кГц % |
|
2) 40 Гц ≤ fр ≤ 60 Гц % |
2) 10 кГц ≤ fр ≤ 20 кГц % |
|
|
3) 60 Гц ≤ fр ≤ 10 кГц % |
3) 20 кГц ≤ fр ≤ 50 кГц % |
|
|
4) 10 кГц ≤ fр ≤ 100 кГц % |
4) 50 кГц ≤ fр ≤ 100 кГц % |
|
|
Входное сопротивление вольтметра |
(1 0,05) МОм |
(1 0,1) МОм |
|
Входная емкость вольтметра |
не более 100 пФ |
не более 100 пФ |
Для проведения измерений необходимо подключить вольтметр к исследуемому объекту с помощью двухпроводного соединительного кабеля. При измерении напряжения с помощью вольтметра В7 77 один проводник кабеля подсоединяется к гнезду «U, R», а другой к гнезду «0». Следует отметить, что общее гнездо вольтметра ( для В7 38 или «0» для В7 77) рекомендуется соединять с заземленным полюсом исследуемого объекта.
Выбор предела измерений напряжения при использовании вольтметра В7-38 производится автоматически, а при использовании вольтметра В7-77 предел измерений устанавливается вручную из условия минимума относительной погрешности измерений.
В режиме перегрузки, когда значение исследуемого напряжения оказывается больше установленного предела измерений () на индикаторе вольтметра В7-38 в старшем разряде зажигается буква П и светится число 20000, а на индикаторе вольтметра В7-77 показываются «нули» во всех разрядах в режиме прерывистой индикации.
Осциллограф GOS-620FG – это двухканальный осциллограф с встроенным функциональным генератором. С помощью осциллографа можно наблюдать график изменения во времени исследуемого напряжения. Двухканальный осциллограф дает возможность одновременного изображения двух разных напряжений. Внешний вид передней панели осциллографа GOS-620FG показан на рис. 1.4.
Рис. 1.4. Вид передней панели осциллографа GOS-620FG
На рис. 1.4 обозначены следующие органы управления и индикации осциллографа.
Органы управления электронно-лучевой трубкой
1) Кнопка и индикатор включения питания (POWER).
2) Экран осциллографа.
3) Разъем для поворота изображения на экране параллельно линиям шкалы (TRACE ROTATION).
4) Ручка для регулировки фокуса изображения (FOCUS).
5) Ручка для регулировки яркости изображения (INTEN).
6) Выход калибратора, на котором имеется периодическая последовательность прямоугольных импульсов (меандр) с заданными параметрами: В, f = 1 кГц, d = 0,5.
Органы управления тракта вертикального отклонения
7) Внешний переключатель для выбора коэффициента отклонения K0 (цены деления по вертикальной оси – VOLTS/DIV) и внутренняя ручка (VAR) для плавного изменения K0 в канале 1. Значение K0 лежит в пределах от 5 мВ/дел до 5 В/дел. Значения K0, написанные на переключателе VOLTS/DIV, обеспечиваются, если ручка VAR находится в крайнем правом положении. Когда ручка VAR вытянута, происходит увеличение изображения по вертикали в 5 раз (усиление напряжения в 5 раз).
8) Вход канала 1 (CH1). В режиме X-Y – вход канала горизонтального отклонения (X).
9) Переключатель AC-GND-DC для выбора режима входа канала 1: АС – закрытый вход (проходит только переменная составляющая напряжения); GND – вход канала 1 соединяется с корпусом осциллографа («землей»); DC – открытый вход (проходит и постоянная и переменная составляющие напряжения).
10) Ручка для смещения по вертикали изображения, относящегося к каналу 1 (CH1_VERTICAL-POSITION).
11) Кнопка для выбора режима переключения между каналами (ALT/CHOP) в двухканальном режиме. Когда кнопка отжата (положение ALT), режим работы коммутатора выбирается автоматически: прерывистый режим (каналы переключаются с частотой около 250 кГц) – при больших значениях коэффициента развертки Kp; поочередный режим (каналы переключаются после каждого прохода луча по всей ширине экрана) – при малых значениях Kp. При нажатии на кнопку (положение CHOP) коммутатор принудительно переводится в прерывистый режим.
12) Переключатель для выбора режима работы тракта вертикального отклонения (MODE-VERTICAL): СН1 – на экране наблюдается изображение напряжения канала 1; СН2 – на экране наблюдается изображение напряжения канала 2; DUAL – на экране наблюдаются изображения напряжений обоих каналов; ADD – на экране наблюдается алгебраическая сумма (или разность – при нажатии кнопки СН2 INV) напряжений канала 1 и канала 2.
13) Зажим для заземления корпуса осциллографа.
14) Кнопка, при нажатии которой, происходит инверсия (изменение полярности) напряжения в канале 2 (СН2 INV).
15) Переключатель AC-GND-DC для выбора режима входа канала 2. Работает аналогично переключателю (9).
16) Вход канала 2 (CH2). В режиме X-Y – вход тракта вертикального отклонения (Y).
17) Ручка для смещения по вертикали изображения, относящегося к каналу 2 (POSITION-VERTICAL_CH2).
18) Внешний переключатель и внутренняя ручка для изменения коэффициента отклонения в канале 2. Работают аналогично (7).
19) Разъемы для устранения вертикального смещения нулевой линии канала 1 и канала 2 (DC BAL).
Органы управления разверткой
20) Переключатель для выбора коэффициента развертки Kp (цена деления по горизонтальной оси – TIME/DIV). Переключатель устанавливает Kp от 0,2 мкс/дел до 0,5 с/дел. В положении X-Y обеспечивается наблюдение интерференционных фигур (фигур Лиссажу).
21) Ручка для плавной регулировки коэффициента развертки (SWP.VAR). Значения коэффициента развертки, обозначенные на переключателе TIME/DIV, обеспечиваются, если ручка SWP.VAR находится в крайнем правом положении (CAL).
22) Кнопка для растягивания изображения по горизонтали в 10 раз (при нажатой кнопке х10MAG Kp уменьшается в 10 раз).
23) Ручка для смещения изображения по горизонтали (POSITION-GORIZONTAL).
Органы управления синхронизацией
24) Переключатель для выбора источника синхронизирующего напряжения (SOURCE): СН1 – для синхронизации (обеспечения неподвижного изображения на экране осциллографа) используется напряжение канала 1; СН2 – для синхронизация используется напряжение канала 2; LINE –для синхронизации используется напряжение сети питания; ЕХТ – для синхронизации используется внешнее напряжение, подаваемое на вход на задней панели осциллографа.
25) Переключатель для выбора режима синхронизации (MODE-TRIGGER): AUTO – запуск генератора развертки (напряжения пилообразной формы) происходит автоматически через равные промежутки времени; NORM – генератор развертки запускается только при наличии входного напряжения; TV-V – синхронизация по кадрам видеосигнала; TV-H – синхронизация по строкам видеосигнала.
26) Переключатель для выбора полярности синхронизирующего напряжения (SLOP): «+» – генератор развертки запускается положительным перепадом входного напряжения; «–» – генератор развертка запускается отрицательным перепадом входного напряжения.
27) Кнопка, при нажатии которой, генератор развертки поочередно синхронизируется напряжениями канала 1 и 2 (TRIG.ALT).
28) Ручка для выбора уровня исследуемого напряжения (LEVEL), при котором происходит запуск генератора развертки.
Встроенный функциональный генератор
29) Выход генератора (GENERATOR OUTPUT).
30) Органы управления и индикации встроенного генератора: FUNC – кнопка и индикатор для установки формы напряжения на выходе генератора; RANGE – кнопка и индикатор для установки диапазона частот выходного напряжения; FREQUENCY – ручка для плавного изменения частоты выходного напряжения; AMPLITUDE – ручка для изменения размаха выходного напряжения; DC-OFFSET – ручка для изменения уровня постоянной составляющей выходного напряжения.
Основные технические характеристики осциллографа GOS-620FG
1) Значения коэффициентов отклонения: от 1 мВ/дел до 5 В/дел.
2) Пределы допускаемого значения основной относительной погрешности коэффициентов отклонения каждого из каналов вертикального отклонения: ±3 % (при выключенном усилении в 5 раз); ±5 % (при включенном усилении в 5 раз).
3) Полоса пропускания осциллографа: 20 МГц (при выключенном усилении в 5 раз); 7 МГц (при включенном усилении в 5 раз).
4) Входное сопротивление каждого канала: (1 ± 0,02) МОм.
5) Входная емкость каждого канала: (25 ± 2) пФ.
6) Предельно допустимое суммарное значение напряжения на входе каждого из каналов: не более 300 В.
7) Значения коэффициента развертки: от 20 нс/дел до 0,5 с/дел.
8) Пределы допускаемого значения основной относительной погрешности коэффициентов развертки составляют: ±3 % (при выключенной растяжке); ±5 % (при включенной растяжке, кроме значений 20 нс/дел и 50 нс/дел, для которых погрешность не нормирована).
9) Внутреннее сопротивление встроенного функционального генератора Ri = 50 Ом.
10) Диапазон частот выходного напряжения встроенного генератора: от 0,1 Гц до 1 МГц.
11) Форма напряжения на выходе встроенного генератора: гармоническая, прямоугольная, треугольная (см. рис. 1.1).
12) Максимальные значения выходного напряжения встроенного генератора при нагрузке 1 МОм: размах – не менее 20 В; постоянная составляющая – не менее ± 6 В.
NI ELVIS (National Instruments Educational Laboratory Virtual Instrumentation Suite) – это комплект приборов компании National Instruments, предназначенный для построения лабораторных стендов в технических, физических и биологических лабораториях. На рис. 1.5 показан типовой комплект NI ELVIS, который содержит персональный компьютер с программой LabVIEW (1), специализированную плату ввода/вывода NI PCI-6251 (2), 68-штыръковый кабель серии Е (3), макетную плату NI ELVIS (4) и рабочую станцию NI ELVIS (5).
Комплект NI ELVIS используется совместно с программами, написанными в среде LabVIEW, что позволяет реализовать, так называемые, виртуальные приборы, обеспечивающие функциональные возможности следующих физических устройств: функциональный генератор; регулируемый источник питания; анализатор амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) и фазочастотных характеристик (ФЧХ); цифровой мультиметр (вольтметр, амперметр); анализатор импеданса (комплексного сопротивления); осциллограф; анализатор вольт-амперных характеристик.
Рис. 1.5. Комплект приборов NI ELVIS
Передняя панель рабочей станции NI ELVIS показана на рис. 1.6.
Рис. 1.6. Рабочая станция NI ELVIS (вид спереди)
На передней панели рабочей станции NI ELVIS обозначены следующие элементы.
1) Индикатор включения питания рабочей станции (System Power), выключатель питания расположен на задней панели.
2) Кнопка включения/выключения питания макетной платы (Prototyping Board Power).
3) Переключатель Communications для изменения способа управления аппаратными средствами NI ELVIS (положение Normal – программное управление, положение Bypass – ручное управление).
4) Элементы управления регулируемыми блоками питания (Variable Power Supplies) – при ручном управлении (режим Manual) позволяют изменять отрицательное (от – 12 до 0 В) и положительное (от 0 до + 12 В) выходные напряжения с помощью ручек Voltage.
5) Элементы управления функциональным генератором (Function generator) – при ручном управлении (режим Manual) позволяют изменять форму (переключатель ), размах (ручка Amplitude) и частоту (ручки Coarse Frequency и Fine Frequency) генерируемого напряжения.
6) Разъемы цифрового мультиметра (DMM).
7) Разъемы осциллографа (Scope).
Макетная плата подключается к рабочей станции с помощью стандартного разъема PCI. На макетной плате размещают цепи, исследуемые в лабораторных работах. Макетная плата содержит контактные разъемы, через которые можно подключать к исследуемым цепям как виртуальные приборы, управляемые программой LabVIEW, так и внешние измерительные приборы, рассмотренные в предыдущих подразделах.
На рис. 1.7 показана макетная плата NI ELVIS с расположенными на ней электрическими цепями, характеристики которых исследуется в лабораторных работах. Для исключения влияния каскадов NI ELVIS на параметры исследуемых цепей на макетной плате размещены входные цепи, через которые напряжения с входа и выхода исследуемых цепей подаются на входы измерительных приборов NI ELVIS (ACH1 и ACH2). Входные цепи представляют собой два повторителя напряжения, реализованные на микросхеме AD823. Кроме того, входные цепи содержат два резистора сопротивлением 1 МОм (для исключения перегрузки повторителей и обеспечения нулевого напряжения на их входах при отсутствии входного напряжения) и два блокировочных конденсатора емкостью 100 нФ (для исключения влияния переменных напряжений на блок питания NI ELVIS).
Рис. 1.7. Макетная плата NI ELVIS
На макетной плате размещены исследуемые цепи, перечисленные ниже.
1) Гальванический элемент с резистивной нагрузкой Rн. Для подключения нагрузки Rн к гальваническому элементу необходимо замкнуть перемычку «вкл Rн».
2) Четыре простейшие цепи: последовательные CR-, RC-, LR- и RL-цепи. Для подключения входа и выхода каждой из простейших цепей к измерительным приборам необходимо, во-первых, замкнуть пару соответствующих цепи перемычек «CR», «RC», «LR» или «RL», а во-вторых, замкнуть пару перемычек «ELVIS» или «Внешн». Перемычки «ELVIS» позволяют подключить простейшую цепь к виртуальным измерительным приборам NI ELVIS, а перемычки «Внешн» – к разъемам «Вх» (BANANA A-B и BNC1) и «Вых» (BANANA С-D и BNC2). Разъемы «Вх» и «Вых» предназначены для подключения внешних измерительных приборов (SFG-2110, В7-38, В7-77 и GOS-620FG) соответственно к входу и выходу простейшей цепи.
3) Параллельный колебательный контур (КК). Для подключения колебательного контура к виртуальным измерительным приборам NI ELVIS необходимо, замкнуть пару перемычек «RLС». При исследовании простого контура необходимо замкнуть перемычку «прост.», а при исследовании сложного контура – «сложн.». Резисторы R1 и R2 служат для увеличения внутреннего сопротивления генератора, подключаемого к контуру. Перед исследованием контура необходимо выбрать значение дополнительного внутреннего сопротивления генератора, замкнув перемычку «R1» или «R2».
Цель работы. Ознакомление с генератором SFG-2110, вольтметрами В7-38, В7-77 и осциллографом GOS620-FG.
Исходные данные
В табл. 2.1 заданы значения параметров напряжений и цепей, исследуемых в данной работе.
Таблица 2.1
Параметры исследуемых напряжений и цепей
|
Вариант |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
Rн, Ом |
10 |
10 |
10 |
10 |
15 |
15 |
15 |
15 |
|
Up, В |
1 |
1 |
2 |
2 |
3 |
3 |
4 |
4 |
|
f1, кГц |
0,1 |
0,2 |
0,4 |
0,5 |
0,8 |
1 |
2 |
2,5 |
|
f2, кГц |
4 |
5 |
8 |
10 |
20 |
25 |
40 |
50 |
|
q |
5 |
4 |
3 |
2,5 |
2 |
1,75 |
1,5 |
1,25 |
Домашнее задание
1. Изучите органы управления и технические характеристики измерительных приборов SFG-2110, В7-38, В7-77 и GOS620-FG.
2. Изобразите последовательную схему замещения реального источника энергии с подключенной резистивной нагрузкой Rн.
3. Выведите формулу для расчета внутреннего сопротивления реального источника Ri, полагая известными значения ЭДС источника e, напряжения на нагрузке uн и сопротивления нагрузки Rн.
4. Рассчитайте амплитуду Um и действующее значение U гармонического напряжения по заданному значению размаха .
5. Рассчитайте периоды гармонических напряжений T1 и T2 по заданным значениям частот f1 и f2.
6. Определите коэффициент заполнения импульсной последовательности (в процентах) по заданной скважности q.
Лабораторное задание
1. С помощью вольтметра В7-38 или В7-77 (режиме V) измерьте уровни постоянного напряжения на зажимах гальванического элемента в режиме холостого хода (без нагрузки) и при подключенной нагрузке (ux и uн соответственно).
2. Рассчитайте внутреннее сопротивление гальванического элемента Ri по полученной в домашнем задании формуле, полагая, что напряжение холостого хода ux = e.
3. Получите на выходе генератора SFG-2110 гармоническое напряжение с заданной частотой f1 и рассчитанным действующим значением U. Форма напряжения устанавливается с помощью кнопки WAVE, а частота – с помощью цифровых кнопок и кнопки размерности (Hz, kHz, MHz). Действующее значение напряжения на выходе генератора устанавливается с помощью ручки AMPL и контролируется вольтметрами В7-38 и В7-77 (режим V~).
4. Получите на экране осциллографа неподвижное изображение гармонического напряжения с частотой f1 и размахом Up. Для этого:
5. Оцените амплитуду и период напряжения, изображение которого получено на экране осциллографа, затем уменьшите амплитуду напряжения на выходе генератора SFG-2110 в два раза с помощью ручки AMPL. Изобразите на одном рисунке осциллограммы гармонических напряжений с частотой f1 с заданной и уменьшенной в два раза амплитудой.
6. Установите значение частоты на выходе генератора SFG-2110 равным f2 и измените коэффициент развертки осциллографа так, чтобы на экране отображалось два-три периода полученного напряжения. Изобразите на одном рисунке осциллограммы гармонических напряжений с частотой f2 с заданной и уменьшенной в два раза амплитудой.
7. Получите на экране осциллографа неподвижное изображение периодической последовательности прямоугольных импульсов с частотой f2, размахом и рассчитанным в домашнем задании коэффициентом заполнения d. Для изменения формы напряжения необходимо нажать на кнопку WAVE. Для установки значения d необходимо последовательно нажать на кнопки SHIFT и DUTY, ввести численное значение d и нажать на кнопку «Hz / %».
8. Оцените длительность импульсов τи и период импульсной последовательности T, зарисуйте два-три периода импульсной последовательности. Рассчитайте скважность импульсов и сравните ее с заданной.
9. Получите на экране осциллографа и зарисуйте интерференционные фигуры (фигуры Лиссажу). Для этого:
Контрольные вопросы
Для выполнения домашнего задания и подготовки к защите лабораторной работы № 1 необходимо изучить раздел 1 данного руководства и повторить материал учебника [1, стр. 8 – 15, 27 – 34, 65 – 81] и задачника [2, № 1.13, 1.19, 2.1 – 2.8].
Цель работы. Исследование амплитудно-частотных и переходных характеристик последовательных RC-цепей.
Исходные данные
В лабораторной работе исследуются последовательные CR- и RC-цепь, размещенные на макетной плате NI ELVIS. Принципиальные схемы исследуемых цепей приведены на рис. 2.1, параметры элементов цепей приведены в табл. 2.2.
|
а) |
б) |
Рис. 2.1. Принципиальные схемы последовательной CR-цепи (а)
и RC-цепи (б)
Таблица 2.2
Параметры исследуемых цепей
|
Вариант |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
R, кОм |
10 |
13 |
6,8 |
8,2 |
6,8 |
5,1 |
7,5 |
6,2 |
|
С, нФ |
10 |
10 |
15 |
15 |
22 |
22 |
10 |
10 |
Для заданных цепей необходимо сначала измерить амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) комплексного коэффициента передачи по напряжению в режиме холостого хода на выходе K21х( f ) = U2 / U1, где U2 и U1 – действующие значения напряжения на выходе и входе цепи соответственно. Структурная схема экспериментальной установки для измерения АЧХ приведена на рис. 2.2, а.
Переходная характеристика численно равна отклику цепи на воздействие единичного скачка напряжения или тока. Откликом для исследуемых цепей является выходное напряжение u2, а воздействием – входное напряжение u1. Таким образом, переходная характеристика будет иметь такой же вид как напряжение u2, если напряжение u1 имеет вид скачка высотой E = 1 В. Структурная схема экспериментальной установки для исследования переходных характеристик приведена на рис. 2.2, б.
Рис. 2.2. Структурные схемы экспериментальных установок:
а) для измерения АЧХ; б) для исследования переходных характеристик
Домашнее задание
1. Получите аналитические выражения для комплексного коэффициента передачи по напряжению в режиме холостого хода на выходе K21х( jf ) каждой из цепей, изображенных на рис. 2.1.
2. Запишите аналитические выражения для АЧХ комплексных коэффициентов передачи K21х( f ) = |K21х( jf )| исследуемых цепей и постройте качественного графики полученных АЧХ.
3. Рассчитайте постоянную времени исследуемых цепей τС, граничную частоту полосы пропускания и оцените нижнюю и верхнюю граничные частоты диапазона, в котором будут проводится измерения АЧХ: и . Значения граничных частот рекомендуется округлить, так чтобы fн было кратным 100, а fв – кратным 1000.
4. Запишите выражения для напряжений на выходе исследуемых цепей u2(t) при воздействии на их вход скачка напряжения высотой E = 1 В. Постройте качественного графики u2(t) для исследуемых цепей. Оцените длительность переходных процессов в исследуемых цепях с помощью соотношения .
Лабораторное задание
1. Снимите АЧХ коэффициентов передачи по напряжению для цепей, изображенных на рис. 2.1. Для этого:
2. Постройте графики АЧХ K21х( f ) = U2 / U1 в линейном масштабе для каждой из исследуемых цепей.
3. Получите осциллограммы напряжений на выходе исследуемых цепей при воздействии на их вход периодической последовательности прямоугольных импульсов. Для этого:
4. Зарисуйте переходную характеристику g(t) = u2(t) / E каждой исследуемой цепи на интервале времени .
5. Зарисуйте осциллограммы напряжений на входе и выходе исследуемых цепей, установив коэффициент развертки осциллографа так, чтобы интервал наблюдения составлял два-три периода входного напряжения.
6. Повторите предыдущий пункт, увеличив частоту импульсной последовательности на выходе генератора в 10 раз.
7. По результатам экспериментов оцените значения граничных частот на уровне 0,707 и постоянные времени исследуемых цепей, определите относительные отклонения экспериментальных данных от рассчитанных в домашнем задании значений и τС.
Контрольные вопросы
|
а) |
б) |
|
в) |
г) |
Рис. 2.3. Схемы замещения простейших цепей в виде четырехполюсников
а) б)
в) г)
Параметры элементов: R1 = R2 = 1 кОм, L = 1 мГн, С = 1 нФ.
|
а) |
б) |
|
в) |
г) |
Рис. 2.4. Схемы замещения простейших цепей с идеальными источниками
Для выполнения домашнего задания и подготовки к защите лабораторной работы № 2 необходимо повторить материал учебника [1, стр. 87 – 102, 161 – 174, 306 – 320] и задачника [2, № 3.1 – 3.4, 6.1, 6.16, 6.21 – 6.23].