ИССЛЕДОВАНИЕ ДИФФЕРЕНЦИРУЮЩИХ И ИНТЕГРИРУЮЩИХ ЦЕПЕЙ

Цель работы

1.1 Изучить свойства дифференцирующих и интегрирующих цепей.

1.2 Экспериментальное определение формы сигналов на выходе дифференцирующих и интегрирующих цепей при различном воздействии.

1.3 Исследование активных дифференцирующих и интегрирующих цепей.

2 Домашнее задание

2.1 Изучить по [9.1] дифференцирующие и интегрирующие цепи.

2.2 Подготовить ответы на вопросы самопроверки.

2.3 Подготовить бланк отчета (см. раздел 6).

2.4 Рассчитать величину резистивного сопротивления R_диф, чтобы цепь (рисунок 10.1) была дифференцирующей, если частота повторения сигналов f = 2 кГц; значение емкости конденсатора равно номеру записи учащегося в учебном журнале (в нФ). Значение R_диф занести в таблицу 10.1.

Рисунок 10.1 – Дифференцирующая цепь

2.5 Рассчитать величину резистивного сопротивления R_инт, чтобы цепь (рисунок 10.2) была интегрирующей, если частота повторения сигналов f = 2 кГц; значение емкости конденсатора С = 29 нФ. Значение R_инт занести в таблицу 10.2.

Рисунок 10.2 – Интегрирующая цепь

Вопросы для самопроверки

3.1 Что называется дифференцирующей цепью?

3.2 Что называется интегрирующей цепью?

3.3 Какими пассивными элементами можно реализовать дифференцирующую цепь?

3.4 Какими пассивными элементами можно реализовать интегрирующую цепь?

3.5 При каких условиях цепь RC дифференцирует?

3.6 При каких условиях цепь RC интегрирует?

3.7 Приведите схему активной дифференцирующей цепи.

3.8 Приведите схему активной интегрирующей цепи.

3.9 Укажите достоинства активных дифференцирующих и интегрирующих цепей по сравнению с пассивными цепями.

3.10 Приведите график дифференцирования прямоугольного импульса.

3.11 Приведите график интегрирования прямоугольного импульса.

3.12 Какие цепи называют укорачивающими и удлиняющими? Почему?

3.13 Приведите график дифференцирования сигнала треугольной формы.

Аппаратное и программное обеспечение

4.1 Рабочая станция локальной сети (персональный компьютер).

4.2 Графический манипулятор мышь.

4.3 Программа Electronics Workbench 5.0.

Порядок выполнения работы

5.1 Проверка подготовки учащихся к лабораторной работе по вопросам самопроверки.

5.2 Получить инструктаж по технике безопасности.

ВНИМАНИЕ! Аккуратно обращайтесь с персональным компьютером и его периферийными устройствами. Соблюдайте требования эргономики. Проверьте наличие заземления устройств.

5.3 Запустить программу Electronics Workbench 5.0.

5.4 Собрать схему проведения исследований (рисунок 10.3). Соединить выход генератора с конденсатором. Для их 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 остальные элементы схемы.

5.4.1 Установить значение емкости конденсатора согласно п. 2.4 данной лабораторной работы и значение резистивного сопротивления R, которое было рассчитано в домашнем задании. Чтобы установить значение элемента, надо два раза щелкнуть левой клавишей манипулятора мышь на изображение элемента и поменять его значение в раскрывшемся окне, с помощью манипулятора мышь. Нажать «OK», окно закроется, значение элемента изменится.

В данной схеме используются:

G – генератор сигнала – (генерирует сигналы различной частоты и длительности синусоидальной, треугольной и прямоугольной форм).

Осц. – осциллограф – для наблюдения формы сигналов на входе и выходе.

Рисунок 10.3 – Схема исследования пассивной

дифференцирующей цепи

5.4.2 Чтобы наблюдать одновременно импульсы на входе и выходе цепи, надо соединить выход генератора со вторым каналом осциллографа. Эту линию соединения (на рисунке 10.3 – линия (1) ) выделить другим цветом, для этого два раза щёлкнуть левой клавишей манипулятора мышь на линию и в раскрывшемся окне выбрать другой цвет. Нажать «OK», окно закроется, цвет линии поменяется.

5.5 Исследовать пассивную дифференцирующую цепь:

5.5.1 Щелкнуть два раза на изображение генератора. Установить режим генерации синусоидальных импульсов, нажав на изображение синусоидальных импульсов в раскрывшемся окне лицевой панели генератора.

5.5.2 Установить частоту (frequency) 2 кГц, амплитуду (amplitude) 5 В, длительность импульса (duty cycle) 50% от периода, постоянную составляющую (offset) сигнала на выходе генератора равную нулю, изменяя эти данные в окошках напротив параметров в раскрывшемся окне лицевой панели генератора.

5.5.3 Включить режим анализа схемы, щелкнув манипулятором мышь на изображение выключателя , расположенного в правом верхнем углу панели инструментов.

5.5.4 Щелкнуть два раза на изображение осциллографа, наблюдать временные диаграммы сигналов на экране осциллографа.

5.5.5 Щелкнуть на изображение Expand лицевой панели осциллографа. Наблюдать временные диаграммы входного и выходного сигналов на расширенном экране.

5.5.6 Нажать манипулятором мышь надпись Pause на панели инструментов, остановив анализ построения программой временных диаграмм или отключить формирование сигналов, нажав левой клавишей манипулятора мышь на изображение выключателя в правом верхнем углу окна.

5.5.7 Щелчками манипулятора мышь установить на лицевой панели осциллографа переключателем «Время на деление» (Time base) – время, соответствующее наблюдению двух или трех периодов колебания.

5.5.8 Установить переключателем «Вольт на деление» (V/div) удобный для наблюдения масштаб по оси амплитуд. Зарисовать входной и выходной импульсы в отчет.

5.5.9 Измерить напряжение на входе (U_вх) и на выходе (U_вых), для чего установить манипулятор мышь на красном треугольнике 1 и, нажав клавишу манипулятора, перемещать визирную линию на максимальное значение входного сигнала. Записать значение VA1 (U_вх) в таблицу 10.1. Аналогично измерить максимальное значение выходного сигнала. Записать значение VB1 (U_вых) в таблицу 10.1. По этим значениям рассчитать коэффициент передачи цепи (К):.

K = U_вых/U_вх

5.5.10 На лицевой панели генератора установить режим генерации треугольных импульсов. Повторить пп. 5.5.1–5.5.9.

5.5.11 На лицевой панели генератора установить режим генерации прямоугольных импульсов и постоянную составляющую (offset) сигнала на выходе генератора равной амплитуде импульса (см. п. 5.5.2). Повторить пп. 5.5.1–5.5.9.

5.5.12 Для сигнала прямоугольной формы измерить длительность входного и выходного сигналов: для этого воспользоваться визирными линиями. На правом табло осциллографа отображаются значения разностей между соответствующими координатами первой и второй линии: T2-T1. Данные длительности входного и выходного сигналов занести в таблицу 10.1.

Таблица 10.1 – Таблица экспериментальных данных исследования дифференцирующих цепей

Класс цепи	Форма входного сигнала	По расчету п. 2.4	Получено в эксперименте
R_диф, Ом	U_вх, В	U_вых, В	К	t_имп _вх, мкс	t_имп _вых, мкс
Дифференцирующая цепь RC	Синусоидальная					-	-
Треугольная				-	-
Прямоугольная
Активная дифференцирующая цепь ARC	Синусоидальная					-	-
Треугольная				-	-
Прямоугольная

5.6 Исследовать пассивную интегрирующую RC цепь.

5.6.1 Собрать схему, приведенную на рисунке 10.4.

Рисунок 10.4 – Схема исследования пассивной интегрирующей цепи

5.6.2 Установить значение резистивного сопротивления R, которое было рассчитано в домашнем задании (п. 2.5). Значение емкости конденсатора С = 29 нФ.

5.6.3 Установить частоту (frequency) 2 кГц, амплитуду (amplitude) 5 В, длительность импульса (duty cycle) 50% от периода, постоянную составляющую (offset) сигнала на выходе генератора равную нулю, изменяя эти данные в окошках напротив параметров в раскрывшемся окне лицевой панели генератора.

5.6.4 Подавать на цепь последовательно три вида напряжений (синусоидальное, треугольное, прямоугольное). Зарисовать осциллограммы сигналов на входе и выходе. Для каждого сигнала измерять значение входного и выходного напряжений, рассчитать коэффициент передачи цепи (К), для сигнала прямоугольной формы измерить длительность входного и выходного сигналов. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 10.2.

Таблица 10.2 – Таблица экспериментальных данных исследования интегрирующих цепей

Класс цепи	Форма входного сигнала	По расчету п. 2.5	Получено в эксперименте
R_инт, кОм	U_вх, В	U_вых, В	К	t_имп _вх, мкс	t_имп _вых, мкс
Интегрирующая цепь RC	Синусоидальная					-	-
Треугольная				-	-
Прямоугольная
Активная интегрирующая цепь ARC	Синусоидальная					-	-
Треугольная				-	-
Прямоугольная

5.7 Исследовать активную дифференцирующую цепь.

5.7.1 Собрать схему, приведенную на рисунке 10.5. Установить R1= 300 Ом. Это сопротивление необходимо для нейтрализации влияния индуктивности соединительных проводов; C = 29 нФ; R2 = 4 кОм.

5.7.2 Щелкнуть два раза на изображение генератора. Установить режим генерации синусоидальных колебаний, нажав на изображение синусоидальных колебаний в раскрывшемся окне лицевой панели генератора.

Рисунок 10.5 – Схема исследования активной

дифференцирующей цепи

5.7.3 Установить частоту (frequency) 2 кГц, амплитуду (amplitude) 1 В и длительность импульса (duty cycle) 50% от периода, постоянную составляющую (offset) равной нулю (при исследовании сигналов синусоидальной и треугольной формы), изменяя эти данные в окошках напротив параметров в раскрывшемся окне лицевой панели генератора. При подаче прямоугольных импульсов установить постоянную составляющую (offset) сигнала на выходе генератора равной единице.

5.7.4 Подавать на цепь последовательно три вида напряжений (синусоидальное, треугольное, прямоугольное). Для каждого сигнала измерять значение входного и выходного напряжений, рассчитать коэффициент передачи цепи (К), для сигнала прямоугольной формы измерить длительность входного и выходного сигналов. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 10.1.

5.8 Исследовать активную интегрирующую цепь.

5.8.1 Собрать схему, приведенную на рисунке 10.6. Установить C = 29 нФ, R = 200 Ом.

Рисунок 10.6 – Схема исследования активной интегрирующей цепи

5.8.2 Установить частоту (frequency) 2 кГц, амплитуду (amplitude) 1 В и длительность импульса (duty cycle) 50% от периода, постоянную составляющую (offset) равной нулю, изменяя эти данные в окошках напротив параметров в раскрывшемся окне лицевой панели генератора.

5.8.3 При исследовании синусоидальных и треугольных колебаний на панели осциллографа выбрать режим AC, для прямоугольных колебаний – DC. Режим АС предназначен для наблюдения только сигналов переменного тока (в этом режиме на входе усилителя включается разделительный конденсатор, не пропускающий постоянную составляющую). В режиме DC (включен по умолчанию) можно проводить осциллографические измерения как постоянного, так и переменного тока.

5.8.4 Подавать на цепь последовательно три вида напряжений (синусоидальное, треугольное, прямоугольное). Для каждого сигнала измерять значение входного и выходного напряжений, рассчитать коэффициент передачи цепи (К), для сигнала прямоугольной формы измерить длительность входного и выходного сигналов. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 10.2.

5.9 Показать результаты выполнения работы преподавателю.

5.10 Выключить оборудование.

5.11 Составить отчет по работе.

Содержание отчета

6.1 Наименование и цель работы.

6.2 Решение задачи по п. 2.4, 2.5.

6.3 Схемы исследований (рисунки 10.3, 10.4, 10.5, 10.6).

6.4 Осциллограммы входных и выходных сигналов.

6.5 Заполненные таблицы 10.1; 10.2.

6.6 Ответы на контрольные вопросы (по заданию преподавателя).

6.7 Выводы по работе.

7 Контрольные вопросы

7.1 Нарисовать дифференцирующую RL цепь.

7.2 Рассчитать R, чтобы цепь RL была дифференцирующей, если L = 44 мГн; f = 2 кГц.

7.3 Нарисовать интегрирующую RL цепь.

7.4 Рассчитать R, чтобы цепь RL была интегрирующей, если L = 44 мГн, f = 2 кГц.

Содержание зачета

Учащийся должен знать ответы на контрольные вопросы. Должен уметь проводить измерения, предусмотренные заданием на работу, анализировать результаты измерений.

Литература

9.1 Добротворский, И. Н. Теория электрических цепей / И. Н. Добротворский. – M.: Радио и связь, 1989. – С. 400 – 410.

9.2 Карлащук, В. И. Электронная лаборатория на IBM PC / В. И. Карлащук. – М.: Солон-Р, 1999. – С. 73 – 76.

Лабораторная работа № 11

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 567 Следующая ⇒