ИССЛЕДОВАНИЕ ДИФФЕРЕНЦИРУЮЩИХ И

ИНТЕГРИРУЮЩИХ ЦЕПЕЙ

Цель работы: экспериментально определить формы сигналов на выходе дифференцирующих и интегрирующих цепей при различных воздействиях.

Домашнее задание

1 Изучите по [1] тему «Дифференцирующие и интегрирующие цепи».

2 Подготовьте бланк отчета.

3 Подготовьте ответы на вопросы для самопроверки.

4 Рассчитайте величину резистивного сопротивления R, чтобы схема (рисунок 11а) была дифференцирующей, если величина емкости конденсатора С_А= 28, 3нФ, частота повторения сигналов f = 2 кГц.

5 Рассчитайте величину резистивного сопротивления R, чтобы схема (рисунок 11б) была дифференцирующей, если величина индуктивности катушки L_A = 44мГн, частота повторения сигналов f = 2кГц.

6 Рассчитайте величину резистивного сопротивления R, чтобы схема (рисунок 11г) была интегрирующей, если величина емкости конденсатора С_A=28, 3нФ, частота повторения сигнала f=2кГц.

7 Занесите полученные величины сопротивлений в таблицу 11.1 в графы R_диф или R_инт.

Вопросы для самопроверки

1 Какими пассивными элементами можно реализовать дифференцирующую цепь? Нарисуйте схемы.

2 Какими пассивными элементами можно реализовать интегрирующую цепь? Нарисуйте схемы.

3 Как зависит коэффициент передачи дифференцирующей цепи от частоты?

4 Как зависит коэффициент передачи интегрирующей цепи от частоты?

5 Какие недостатки пассивных дифференцирующих и интегрирующих цепей по сравнению с активными?

6 Дайте изображение активной дифференцирующей цепи. Докажите, что эта цепь дифференцирует.

7 Дайте изображение активной интегрирующей цепи. Докажите, что эта цепь интегрирует.

8 Какой формы сигнал получается после дифференцирования сигнала треугольной формы? После интегрирования?

9 Докажите при каких условиях цепь RC дифференцирует? Интегрирует?

10 Докажите при каких условиях цепь RL дифференцирует? Интегрирует?

Приборы и оборудование

1 Лабораторный стенд ЛКТЦ.

2 Соединительные провода (7 шт.).

Порядок выполнения работы

1 Проверка подготовки студентов к лабораторной работе по вопросам для самопроверки.

2 Подготовка лабораторной установки к работе, получение инструктажа по технике безопасности.

2.1 Ознакомиться с элементами, из которых собирают исследуемую цепь (рисунки 11а, 11б, 11в, 11г): генератором на блоке Г3, осциллографом, операционным усилителем на плате активных элементов, элементами С_А, L_А, Rм, Rд.

2.2 Собрать электрическую цепь по схеме (рисунок 11 а).

2.3 Поставьте переключатели в следующие позиции:

– на блоке Г1 тумблер в положение «ВНУТР»;

– на блоке Г2 переключатель формы сигнала в третью позицию ;

– на блоке Г3 тумблеры в положения «НОРМ» и «10В»;

– на блоке «ЭК» тумблер «КАНАЛ» установите в среднее положение;

– ослабление обоих каналов в положение 1: 10;

– тумблеры синхронизации «1-ый КАНАЛ» и «ВХОД Х» в положение «ВНУТР»;

– регуляторы «ПОДСТРОЙКА» поверните против часовой стрелки до упора.

2.4 Пригласите преподавателя проверить собранную цепь.

2.5 Включить тумблеры в следующей последовательности: «СЕТЬ», «ГЕНЕРАТОР», «КОММУТАТОР-ОСЦИЛЛОГРАФ».

а)

б)

в)

г)

Рисунок 11 – Схемы для исследования пассивных

дифференцирующих (а, б), активной

дифференцирующей (в) и интегрирующей цепи (г)

3 Проведите исследования пассивных дифференцирующих цепей (рисунки 11а, 11б). Для этого:

3.1 На блоке генератора Г3 ручкой регулировка напряжения установите по верхней шкале вольтметра PV1 напряжение на входе цепи от 2 В до 4 В по вашему выбору. Поддерживайте величину этого напряжения во всех опытах!

3.2 На магазине сопротивлений установите сопротивление, ближайшее к величине, рассчитанной в пункте 4 домашнего задания.

3.3 С помощью регуляторов «УСИЛЕНИЕ Х», «РАЗВЕРТКА», «УСИЛЕНИЕ 1-ГО КАНАЛА», «РАСХОЖДЕНИЕ», «↔ », «↨ » установите изображение сигнала первого канала вверху экрана (это сигнал, подаваемый на вход дифференцирующей цепи) размахом 2 – 4 клетки.

3.4 Получите изображение второго канала (это сигнал, получаемый на выходе дифференцирующей цепи) размахом 2 – 4 клетки. Используйте регулятор «УСИЛЕНИЕ 2-ГО КАНАЛА».

3.5 Ручкой «РАСХОЖДЕНИЕ» наложите изображения сигналов одно на другое и зарисуйте эти изображения в таблице 11.1 (входной и выходной сигналы разными цветами).

3.6 Определите коэффициент передачи исследуемой цепи (К= ).

Внимание! При проведении данного исследования не трогайте больше регуляторы «УСИЛЕНИЯ» 1 и 2 каналов. Нажмите кнопку «ТАРИР» 1-го канала и держите ее все время измерений. На экране появится сигнал прямоугольной формы. Регулятором «ТАРИР-НАПРЯЖЕНИЕ» установите размах этого сигнала величиной в 1 клетку. По верхней шкале вольтметра PV1 снимите величину напряжения. Это напряжение соответствует величине сигнала в 1 клетку. 1 клетка – «N» вольт (где «N»-снятое вами напряжение). Отпустите кнопку «ТАРИР». Чтобы узнать величину напряжения U1 надо показание вольтметра «N» умножить на число клеток, которое занимает сигнал 1 канала.

3.7 Проделайте пункт 3.6 для второго канала. Определите величину U2 (нажимаете и держите кнопку «ТАРИР»-2-ого канала).

3.8 Занесите померенные данные в таблицу 11.1

3.9 Повторите пункты 3.4-3.8 для сигналов следующих форм: , .

Внимание! Чтобы получить сигнал данной формы , надо поставить переключатель формы в 7-ую позицию и использовать нижний регулятор «ПОДСТРОЙКА».

3.10 Соберите электрическую цепь по схеме (рисунок 11б).

3.11 На магазине сопротивлений установите сопротивление, ближайшее к величине, рассчитанной в пункте 5 домашнего задания.

3.12 Повторите пункты 3.4 – 3.8 для сигналов треугольной и пилообразной формы.

Внимание! Чтобы получить сигнал пилообразной формы, надо использовать нижний регулятор «ПОДСТРОЙКА».

4 Проведите исследование активной дифференцирующей цепи. Для этого:

4.1 Соберите электрическую цепь по схеме (рисунок 11в)

Таблица 11.1 – экспериментальные данные исследования дифференцирующих и интегрирующих цепей

Са=28, 3нФ; Lа=44мГн
Класс цепи	Форма входного сигнала	По расчету	Получено из опытов	Рассчитано
Rдиф	Rинт	U1	U2	К
Дифференцирующая цепь RC			–
		–
		–
Дифференцирующая цепь RL			–
		–
Дифференцирующая цепь ARC		–	–
	–	–
Интегрирующая цепь RС		–
	–
	–

4.2 На магазине сопротивлений установите величину сопротивления 40 – 80 Ом. Это сопротивление необходимо для нейтрализации влияния индуктивности соединительных проводов. Включите тумблер «ПЛАТА ЭЛЕМЕНТОВ».

4.3 Повторите пункты 3.4 – 3.8 для сигналов синусоидальной и треугольной формы.

5 Проведите исследование пассивной интегрирующей цепи. Для этого:

5.1 Соберите электрическую цепь по схеме (рисунок 11г). В качестве резистора «R» возьмите на панели пассивных элементов резистор, ближайший по значению к величине, рассчитанной в пункте 6 домашнего задания.

5.2 Повторите пункты 3.4 – 3.8 для сигналов синусоидальной, треугольной, прямоугольной формы.

6 После снятия данных и представления их преподавателю выключите стенд в следующей последовательности: «КОММУТАТОР-ОСЦИЛЛОГРАФ», «ГЕНЕРАТОР», «СЕТЬ».

Содержание отчета

1 Наименование и цель работы.

2 Выполненное домашнее задание (пункт 4, 5, 6).

3 Схемы исследования (рисунки 11 а, 11 б, 11 в, 11 г).

4 Заполненная таблица с графиками входных и выходных сигналов, измерений и вычислений.

5 Ответы на контрольные вопросы (по указанию преподавателя).

6 Выводы по работе.

Контрольные вопросы

1 Дайте определение дифференцирующей цепи.

2 Дайте определение интегрирующей цепи.

3 Приведите график дифференцирования однополярного прямоугольного импульса.

4 Приведите график интегрирования однополярного прямоугольного импульса.

5 Запишите условия дифференцирования пассивных дифференцирующих цепей RC и RL.

6 Запишите условия интегрирования пассивных интегрирующих цепей RC и RL.

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

8 Почему дифференцирующую цепь называют укорачивающей цепью?

9 Почему интегрирующую цепь называют удлиняющей цепью?

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Дифференцирующими называют четырехполюсники, мгновенное значение напряжения на выходе которых пропорционально производной по времени от мгновенного значения напряжения на входе (u₂~ ).

Пассивную дифференцирующую цепь можно составить с помощью элементов RC и RL (рисунок 11.2).

а) б)

Рисунок 11.2 – Пассивные дифференцирующие цепи.

Дифференцируют цепи при условии, если их коэффициент передачи К< < 1.

Так как идеальную дифференцирования получить невозможно, то критерием для соотношения между Х_C и R, X_L и R выбирают следующее:

– для схемы рисунка 11.2 а R≤ ,

– для схемы рисунка 11.2 б Х_L≤ .

Интегрирующими называют четырехполюсники, мгновенное значение напряжения на выходе которых пропорционально интегралу от мгновенного значения напряжения на входе (u₂~∫ u₁dt).

Пассивную интегрирующую цепь можно составить также с помощью элементов RC и RL (рисунок 11.3).

а) б)

Рисунок 11.3 – Пассивные интегрирующие цепи

Интегрируют цепи также при условии, если их коэффициент передачи К< < 1.

Так как идеальную интегрирования получить невозможно, то критерием для соотношения между Х_C и R, Х_L и R выбирают следующее:

– для схемы рисунка 11.3 а Х_C≤ ,

– для схемы рисунка 11.3 б R≤

Пассивные дифференцирующие и интегрирующие цепи имеют малый коэффициент передачи по напряжению, т.е. малое выходное напряжение, что на практике представляет значительные неудобства. От этого недостатка свободны активные (АRC) дифференцирующие и интегрирующие цепи (рисунки 11.4 и 11.5).

Рисунок 11.4 – Активная дифференцирующая цепь

Рисунок 11.5 – Активная интегрирующая цепь

Литература

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

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 12

⇐ Предыдущая 1 234 Следующая ⇒