Анализ прохождения сигнала в линейной цепи спектральным методом

Цель работы: ознакомиться со спектральным представлением сигналов. Теоретическими и экспериментальными методами определить выходной сигнал спектральным методом.

Задание 1

1. Определить период Т₀ колебаний на частоте параллельного резонанса цепи, использованной (по вариантам) в лабораторной работе 5.

2. В качестве входного сигнала использовать периодическую последовательность прямоугольных импульсов амплитудой 10 вольт и периодом следования Т = 6Т₀. Длительность импульсов t_и = 0, 6 Т₀.

3. Рассчитать спектр входного сигнала (не менее 20 гармоник).

4. Сложить гармоники входного сигнала (с помощью MathCad, Electronics Workbench или иным способом). Убедиться, что восстановленный сложением гармоник сигнал соответствует заданному. При неудовлетворительном соответствии проверить результаты расчетов и, при необходимости увеличить число складываемых гармоник.

5. Рассчитать передаточную характеристику цепи K(jω ) на частотах входных гармоник.

6. Определить спектр выходного сигнала.

Задание 2

1. Смоделировать заданную цепь с подключением генератора входного сигнала в среде Electronics Workbench.

2. Наблюдать форму выходного сигнала и его спектр. Сравнить с результатами расчетов.

3. Сложением гармоник выходного сигнала получить его форму и сравнить с формой выходного сигнала, наблюдаемой на осциллографе.

4. Сделать пояснения к графикам и объяснить полученные результаты.

Контрольные вопросы

1. Что называют спектром сигнала?

2. В чем заключается смысл спектрального метода анализа цепей?

3. Что такое АЧС и ФЧС сигнала?

4. Что такое односторонний и двусторонний спектр?

5. Чем отличаются спектры периодических и непериодических сигналов?

6. Почему на практике спектральный метод оказывается приближенным?

7. На что и как в спектре сигнала влияют изменения параметров сигнала во временной области?

8. Что такое спектральная плотность сигнала?

9. Что такое энергетический спектр и ширина спектра?

10. Какие теоремы о спектрах Вы знаете и каков их физический смысл?

11. Как находить спектр сложного периодического сигнала пользуясь спектральной плотностью одиночного сигнала?

Лабораторная работа 8

Анализ прохождения сигнала в длинных линиях

Цель работы: изучить физические процессы и методы расчета передачи сигналов в цепях с распределенными параметрами.

Задание 1

Исследуемые схемы и значения параметров приведены по вариантам в таблице Приложения 3.

1. Рассчитать напряжение отраженного сигнала от неоднородности, расположенной на расстоянии l₁ от начала линии, при воздействии входного напряжения вида E₀·1(t).

2. Рассчитать сигнал, прошедший в нагрузку.

3. По результатам расчета построить график рефлектограммы на входе длинной линии и график напряжения на нагрузке.

4. Определить входное сопротивление линии на частоте 2, 4 ГГц.

Задание 2

1. Собрать заданную схему в среде Electronics Workbench.

2. Зарисовать наблюдаемую на осциллографе рефлектограмму при заданном входном воздействии.

3. Зарисовать осциллограмму напряжения в конце длинной линии и дать пояснения.

4. Выполнить п. 2 и 3, заменив реактивность неоднородности на дуальную (индуктивность на емкость и наоборот). Численные значения реактивности оставить прежними, заменив лишь нГн на пФ и наоборот. Уметь пояснить наблюдаемые осциллограммы.

Приложения

Приложение 1

Схемы и таблица исходных данных к лабораторной работе 1

В начале отчета приведите номер своей зачетки. Последняя цифра номера определяет номер схемы, а предпоследняя цифра определяет номер варианта.В схемах 1 и 5 используется источник тока (или источник напряжения с внутренним сопротивлением ≥ 100 кОм. В этом случае внутреннее сопротивление R_i источника считать принадлежащим схеме, т.е. вход схемы начинается до R_i ). Во всех остальных вариантах входное воздействие подается от источника напряжения.

Входные клеммы показаны на рисунке слева, а выходные справа. Предлагается направление входных и выходных напряжений выбирать самостоятельно с обязательным указанием их на схеме. Разумеется, и графики должны быть построены с учетом выбранных направлений напряжений.

№ схемы
R1, кОм
R2, кОм
R3, кОм
L1, мГн
L2, мГн
C1, нФ	3, 6	3, 4	5, 6	2, 4	6, 8	9, 6	6, 8	5, 4	8, 6	2, 2
C2, нФ	2, 4	4, 6	4, 2	6, 4	3, 4	6, 8	2, 4	3, 6	2, 2	6, 8

Приложение 2

Схемы и таблица исходных данных к лабораторным работам 2, 3, 4

В начале отчета приведите номер своей зачетки. Последняя цифра номера определяет номер схемы, а предпоследняя цифра определяет номер варианта.В схемах 5 и 6 используется источник тока. Во всех остальных вариантах входное воздействие подается от источника напряжения.

№ схемы
R1, кОм								0, 012	0, 008
R2, Ом
L1, мГн	0, 68	1, 2	0, 8	0, 96	0, 68	1, 2	0, 8	0, 75	0, 65
C1, нФ
C2, нФ

Приложение 3

Схемы и таблица исходных данных к лабораторной работе 8

№ варианта и схемы	Волновое сопротивление W, Ом	Параметры неоднородностей
R1, Ом	R2, Ом	L, нГн	C, пФ	l₁, м	l₂, м
				-	0, 6	0, 4	0, 4
			-	2, 5	-	0, 1	1, 2
			-	-	1, 4	0, 14	0, 6
				3, 0	-	0, 38	0, 6
			-	6, 0	-	0, 5	0, 8
			-	-	0, 6	0, 4	0, 6
				-	0, 5	0, 2	0, 4
			-	-	1, 0	0, 3	0, 6
				1, 0	-	0, 25	0, 4
				-	2, 0	0, 25	0, 8
				-	0, 5	0, 4	0, 25
				4, 0	-	0, 38	0, 6
				1, 5	-	0, 25	0, 25
				-	3, 0	0, 8	0, 4
				4, 0	-	0, 4	0, 6
				0, 6	-	0, 4	0, 8
				-	3, 5	0, 15	0, 6
				3, 0	-	0, 2	0, 6
				-	4, 5	1, 2	0, 8
			-	2, 0	2, 4	0, 6	0, 8
				4, 0	2, 0	0, 4	0, 6
				1, 2	-	0, 2	0, 4
				-	4, 2	0, 1	0, 4
		-		4, 0	2, 8	0, 2	0, 6
			-	2, 4	-	0, 3	0, 5
			-	-	1, 8	0, 4	0, 4
				2, 0	-	0, 2	0, 3
			-	4, 0	-	0, 25	0, 5
			-	-	3, 0	0, 45	0, 2
			-	-	4, 2	0, 2	0, 6

Варианты схем для лабораторной работы 8

l₁

l₂

l₁

1 2 34