Описание установки и методика измерений

Для экспериментального определения переходной и импульсной характери­стик на вход исследуемой цепи подаются прямоугольные импульсы от генератора Г5-54 с выхода 1:1 (внутреннее сопротивление генератора 90 Ом). Выходные сигналы наблюдаются с помощью осциллографа С1-72. Для наблюдения переходной характеристики длительность импульса должна быть больше длительности переходного процесса, т.е. t_и > t_{пер. проц}. Для наблюдения импульсной характеристики длительность импульса должна быть достаточно малой, чтобы его можно было считать ударным воздействием. Интервал между импульсами должен быть достаточно большим, чтобы в течение его энергия, накопленная в цепи, рассеялась и схема вернулась к нулевым начальным условиям.

С учетом перечисленных требований следует частоту повторения импульсов установить равной 100 Гц, длительность импульса при измерении переходной характеристики - 1000 мкс, а при измерении импульсной характеристики - 10 мкс. Амплитуду импульса следует установить равной 2 В.

Рекомендуется использовать ждущий режим работы осциллографа (кнопка нажата). В этом режиме синхроимпульсы с генератора Г5-54 подаются на запуск развертки осциллографа С1-72. Для наблюдения переднего фронта характеристик следует установить задержку основного импульса относи­тельно синхронизирующего около 10 мкс.

Для количественного сравнения результатов эксперимента с расчетами для RC
и RL цепей следует измерить максимальное значение и постоянную времени каждой из исследуемых характеристик. Для цепи RLC необходимо измерить установившееся значение, и _св. При наблюдении импульсных характеристик следует иметь в виду, что величина реакции цепи много меньше амплитуды входного импульса. Поэтому наблюдение самого импульса, прошедшего на выход цепи, и последующей реакции цепи должно прово­диться при различной чувствительности усилителя вертикального отклонения осциллографа.

Выполнение работы

1. Для исследования характеристик цепи RL собрать цепь, как показано на рис. 14.4. Переключатель П1 поставить в положение «I», П2- в положение «II» (П2 на рис 14.4 не показан). Подавая на вход цепи импульсы длительностью 1000 и 10 мкс, зарисовать осциллограммы выходных напряжений. Определить максимальное значение h(t) и g(t) , а также постоянную времени по снятым осциллограммам.

2. Для исследования характеристик цепи RC собрать цепь, показанную на рис.14.5 (переключатель П2 перевести в положение «I»). Провести измерения аналогично п.1.

3. Для исследования характеристик цепи RLC собрать цепь по схеме рис 14.6 (переключатель П1 установить в положение «II», П2 -в положение «IV»). Изменением величины сопротивления резистора добиться колебательного режима, при котором наблюдается около трех периодов колебаний за длительность переходного процесса. Зарисовать осциллограммы u_C(t) при t_И =1000 и 10 мкс. Определить по ним , _св , h(0), h( ), g(+0) и сравнить их с расчетными.

Контрольные вопросы

1. Что называется переходной и импульсной характеристиками цепи ?

2. Как измерить переходную и импульсную характеристики цепи ?

3. Как рассчитать реакцию цепи на сложное воздействие ?

4. Записать интеграл Дюамеля для заданного входного воздействия .

5. Найти реакцию цепи на прямоугольный импульс по заданной h(t) .

6. Найти h(t) и g(t) для схемы, заданной преподавателем .

РАБОТА № 15

ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ ПРИ ИМПУЛЬСНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ

Цель работы

Исследовать дифференцирующие и интегрирующие цепи при импульсном воздействии.

Подготовка к работе

1. Изучить тему по конспекту лекций и учебникам [1-3].

2. Выполнить расчеты. Исходные данные для расчетов взять из таблицы согласно номеру бригады.

№
бригады
Частота	f, Гц
	Ф, мкс
	RД, кОм				9,1	8,2	7,5	6,8	6,2	6,2	5,6
	И, мкс
	RИНТ, кОм

Для всех вариантов С_Д= 1500 пФ; С_ИНТ= 0,1 мкФ.

2.1. По заданным R_Д, С_Д рассчитать для цепи, изображенной на
рис. 15.1, переходные характеристики для u_R (t) при входном воздействии в виде напряжения.

2.2. По рассчитанной переходной характеристике и заданному вход­ному напряжению (рис.15.2) получить и качественно построить на­пряже­ние на нагрузке для 0< t < t₁, t₁< t < t₂, t₂< t < t₃ , t₃< t < t₄ ( t₁₌t_Ф , t₂= 1/2*f -t_Ф, t₃= 1/2*f +t_Ф , t₄= 1/f -t_Ф). Амплитуда входного напряжения U_М = 2 В.

2.3. По заданным R_ИНТ, С_ИНТ рассчитать переходную характеристику цепи (рис. 15.3) для u_С (t) при входном воздействии в виде напряже­ния.

2.4. По рассчитанной переходной характеристике и заданному вход­ному напряжению u_ВХ (t) (рис. 15.4) получить и построить зависи­мость напряжения на нагрузке u_Н (t) для одного периода входного воздействия. Амплитуда входного напряжения U_М = 2 В.

3. Подготовить бланк отчета, поместив в нем исходные данные, схемы рабочих цепей, результаты расчетов.

Описание установки

Элементы исследуемой цепи собраны внутри блока. На его лицевой панели (рис. 15.5) с помощью контактных гнезд закреплены выводы и показаны условные изображения элементов: конденсаторов, резисторов и выходных зажимов четырехполюсника, формирующего трапецеидальное напряжение (рис. 15.2). Для сборки цепи используются проводники с наконечни­ками. Питание цепи осуществляется от генератора синусоидаль­ного напряжения через амплитудный ограничитель, выполняющий функции формирующего четырехпо­люсника (рис. 15.6).

При этом на вход исследуемой цепи будут подаваться трапецеидальные импульсы. С помощью осциллографа С1-72 осуществляются наблюдение формы кривых напряжения и измерение параметров импульсов.

Выполнение работы

1. Измерение и установка параметров входного напряжения

1.1. Собрать цепь по схеме рис. 15.7.

1.2. Установить заданную в таблице частоту генератора. Плавно вращая ручку “Регулировка выхода” , получить на осциллографе напряжение вида рис.15.2 с заданной длительностью фронта t_Ф .

1.3. Определить амплитуду напряжения U_М и зарисовать осцил-лограмму.

2. Исследование дифференцирующей цепи

2.1. Собрать цепь по рис.15.8.

2.2. Определить амплитуду U_М и длительность t_И выходного напря­жения. Зарисовать осциллограмму. Сравнить с расчетами.

2.3. Исследовать влияние сопротивления нагрузки на дифференцирующие свойства цепи. В схеме, изображенной на
рис. 15.8, параллельно R_Д включить сопротивле­ние нагрузки R_Н1. По­вторить измерения предыдущего пункта 2.2 и сравнить резуль­таты (по окончании измерений R_Н1 отсоединить).

2.4. Исследовать влияние емкости на дифферен-цирующие свойства цепи. Вместо С_Д подключить емкость 10С_Д. Зарисовать осцилло­грамму. Снять осциллограмму вы­ходного напряжения цепи (рис. 15.8.) при
С=2 мкФ. Сравнить с результатами п.2.2.

3. Исследование интегрирующей цепи

3.1. Собрать цепь по схеме, показанной на рис. 15.9.

3.2. Определить амплитуду U_М и длительность фронта импульса t_Ф выходного напряжения. Зарисовать осциллограмму.

3.3. Исследовать влияние емкости на интегрирующие свойства цепи. Для этого вместо С_ИНТ подключить 0.1С_ИНТ . Повторить измерения предыдущего пункта 3.2.

3.4. Исследовать влияние сопротивления нагрузки на интегрирующие свойства цепи. Параллельно конденсатору С_ИНТ подключить со­противление нагрузки R_Н2. Повторить измерения п. 3.2 . Сопоста­вить полученную кривую с расчетной .

Контрольные вопросы

1. Как определяется реакция цепи на воздействие произвольной формы?

2. Как выбираются параметры RC-цепей, используемых в качестве:
фильтра высоких частот; дифференцирующей цепи; укорачивающей цепи;
разделительной цепи; фильтра нижних частот; интегрирующей цепи?

3. Как влияет сопротивление нагрузки на дифференцирующие и интегрирую­щие свойства цепей?

РАБОТА № 16
ИССЛЕДОВАНИЕ СИНУСОИДАЛЬНОГО РЕЖИМА В ДЛИННОЙ ЛИНИИ

Содержание работы

В работе исследуется однородная линия с синусоидальным источником в режимах короткого замыкания, а также согласованной и несогласованной нагрузок.

Цель работы

Измерение сопротивления нагрузки и согласование линии с нагрузкой одиночным параллельным шлейфом.

Описание установки

В работе используется открытая двухпроводная линия, питаемая от генератора синусоидального напряжения с частотой около 500 МГц. Линия имеет длину около 2 м, расстояние между осями проводов b=30 мм, радиус поперечного сечения проводов r=3 мм, материал проводов - медь. При указанных параметрах линии и частоте подводимого к ней напряжения затуханием в линии можно пренебречь, а фазовую скорость считать равной скорости света.

В качестве нагрузки используется резистор. Дополнительная реактивная составляющая нагрузки создается отрезком короткозамкнутого участка линии от резистора до перемычки, которая устанавливается на расстоянии L< /4 от этого резистора (рис. 16.1).

Для измерения напряжения между проводами исследуемой линии применяется индикатор (микроамперметр с выпрямителем), который можно перемещать вдоль линии. Показания прибора ( ) непропорциональны напря­жению, так как характеристика детектора является нелинейной. При ап­прок­симации вольт-амперной характеристики детектора квадратичной зави­симостью показания прибора пропорциональны квадрату напряжения. Чтобы по показаниям прибора получить величины, пропорциональные напряжению в линии, можно использовать приближенную формулу U = .

Вдоль линии протянута лента с метрической шкалой для определения местоположения индикатора. Питание исследуемой линии осуществляется от высокочастотного генератора (с симметричным выходом), подключенного ко входу линии.

Примечание:

- генератор, питающий линию, включается лаборантом или преподава­телем;

- во время измерений следует находиться дальше от исследуемой линии, так как приближение к проводам влияет на режим работы линии.

Подготовка к работе

1. Изучить разделы курса по конспектам лекций и учебникам /1-4/.

2. Выполнить расчеты. Исходные данные для расчетов взять из табл. 16.1 согласно номеру бригады.

2.1. Вычислить волновое сопротивление линии по ее геометрическим размерам, Ом :

2.2. Вычислить длину волны в линии и фазовый коэффициент, если частота генератора, питающего линию, 500 МГц.

2.3. Построить графики распределения вдоль линии действующих значений напряжения в относительных единицах для :

- короткозамкнутой линии, т.е. R_H=0;

- согласованной линии, R_H =R_В;

- несогласованной линии, нагруженной чисто активным сопротивлением R_H1 > R_B и R_{H 2} < R_B (соответствующие нагрузки берутся из табл.16.1).

2.4. Вычислить минимальную длину короткозамкнутого отрезка линии, имеющего сопротивление, равное :

- сопротивлению катушки индуктивности X_L ,

- сопротивлению емкости конденсатора X_C

(значения L и C взять из табл. 16.1 ).

Выполнение работы

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: