Лабораторное задание. 1. Снимите АЧХ коэффициентов передачи по напряжению для цепей, изображенных на рис

1. Снимите АЧХ коэффициентов передачи по напряжению для цепей, изображенных на рис. 2.1. Для этого:

· включите измерительные приборы и соберите экспериментальную установку согласно схеме, приведенной на рис. 2.2, а;

· выберите на макетной плате исследуемую цепь, установив одну пару перемычек в положение «CR» или «RC», а другую пару перемычек – в положение «Внешн»;

· установите гармоническую форму напряжения на выходе генератора SFG-2110;

· действующее значение напряжения на входе исследуемой U ₁ цепи поддерживайте равным 1 В;

· изменяйте частоту напряжения на выходе генератора в диапазоне от f _н до f _в, значения частоты устанавливайте так, чтобы действующее значение напряжения на выходе исследуемой цепи U ₂ изменялось примерно на 0,1 В при каждом изменении частоты;

· запишите в отчет установленные значения частоты и соответствующие им значения U ₂ (8 – 10 отсчетов) для каждой из цепей, изображенных на рис. 2.1.

2. Постройте графики АЧХ K _21х(f ) = U ₂ / U ₁ 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:

· соберите экспериментальную установку согласно схеме, приведенной на рис. 2.2, б и выберите на макетной плате исследуемую цепь (CR - или RC -цепь);

· сформируйте на выходе генератора SFG-2110 периодическую последовательность прямоугольных импульсов со следующими параметрами: высота импульсов E = 1 В, частота f = 500 Гц, коэффициент заполнения d = 50 %;

· установите двухканальный режим работы осциллографа, установив переключатель VERTICAL-MODE в положение DUAL, и получите на экране изображение напряжений на входе и выходе исследуемой цепи;

· проконтролируйте параметры входного напряжения (E = 1 В, f = 500 Гц, d = 50 %) с помощью осциллографа

· растяните изображение напряжений, установив коэффициент развертки (TIME/DIV) так, чтобы интервал наблюдения был примерно равен длительности импульса τ;_и.

4. Зарисуйте переходную характеристику g (t) = u ₂(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 τ_С.

Контрольные вопросы

1. Чему равен аргумент комплексного сопротивления резистивного элемента, емкостного элемента, индуктивного элемента?

2. Чему равно полное сопротивление резистивного (емкостного, индуктивного) элемента?

3. Каким образом располагаются на комплексной плоскости векторы комплексных сопротивлений резистивного, емкостного и индуктивного элементов?

4. Куда направлены на комплексной плоскости векторы комплексных сопротивлений, имеющих резистивный, индуктивный, резистивно-индуктивный, емкостной и резистивно-емкостной характер?

5. Какую размерность может иметь КЧХ? Совпадают ли размерности КЧХ, АЧХ и ФЧХ?

6. В каких случаях целесообразно использовать логарифмические АЧХ?

7. Почему ФЧХ используются только в линейном или полулогарифмическом (логарифмическим только по одной оси) масштабе?

8. Какого типа источники может содержать цепь при определении КЧХ?

9. Чем отличается неустановившийся режим работы цепи от установившегося?

10. Почему переходный процесс можно рассматривать как разновидность неустановившегося режима?

11. Что представляет собой коммутация в цепи? Чем она вызывается?

12. Возникают ли переходные процессы в цепи, не содержащей индуктивных элементов? ёмкостных элементов? вообще реактивных элементов?

13. Что такое некорректная коммутация? В каких цепях – реальных или идеализированных – могут иметь место некорректные коммутации?

14. Что такое зависимые и независимые начальные условия в цепи?

15. Как определяется порядок сложности цепи? Что представляют собой ёмкостный контур и индуктивное сечение?

16. Зачем нужно выполнять анализ цепи до коммутации? Что является результатом такого анализа?

17. Как определяют постоянные интегрирования?

18. Какой смысл имеет понятие «постоянная времени цепи»?

19. Как определяют практическую длительность переходного процесса?

20. Влияет ли на характер свободной составляющей реакции цепи вид внешнего воздействия на цепь и топология цепи до коммутации?

21. Влияют ли процессы, происходящие в цепи до коммутации, на свободную составляющую реакции цепи в переходном режиме и (или) на вынужденную составляющую?

22. Почему свободные процессы в цепи с потерями с течением времени затухают?

23. Получите аналитическое выражение комплексного входного сопротивления Z ₁₁(jω;) и постройте качественно график АЧХ Z ₁₁(ω;) для заданной преподавателем цепи (рис. 2.3).

24. Получите аналитическое выражение комплексной входной проводимости Y ₁₁(jω;) и постройте качественно график АЧХ Y ₁₁(ω;) для заданной преподавателем цепи (рис. 2.3).

25. Получите аналитическое выражение комплексного коэффициента передачи по напряжению K ₂₁( jω;) и постройте качественно график АЧХ K ₂₁(ω;) для заданной преподавателем цепи (рис. 2.3).

 

а)	б)
в)	г)

Рис. 2.3. Схемы замещения простейших цепей в виде четырехполюсников

26. Для заданной преподавателем цепи (рис. 2.4) найти независимые и зависимые начальные условия, а также вынужденную составляющую u_{R 2}, если воздействие меняется скачком:

а) б)

в) г)

Параметры элементов: R ₁ = R ₂ = 1 кОм, L = 1 мГн, С = 1 нФ.

27. Для заданной преподавателем цепи (рис. 2.4, а и в) составить дифференциальное уравнение относительно i_L и определить постоянную времени при указанных выше параметрах элементов.

28. Для заданной преподавателем цепи (рис. 2.4, б и г) составить дифференциальное уравнение относительно u_C и определить постоянную времени при указанных выше параметрах элементов.

 

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].