Материал: metodichka_7_9_12 (1)

Эксперимент осуществите дважды – при согласном и встречном включениях катушек. Для перехода от одного способа включения к другому поменяйте местами выводы любой из катушек. Самостоятельно установите способ включения по данным эксперимента.

Для вычисления , , , используйте рассчитанные в 9.2.1 значения , , и соотношения (9.3) и (9.4), при этом примите как среднее из двух значений.

9.2.3. Исследование параллельного соединения индуктивно связанных катушек

Соберите схему параллельного соединения катушек (см. рис. 9.2, б), проверьте установки генератора синусоидального напряжения V1 (напряжение В, частота кГц), данные измерений ( , ) занесите в табл. 9.3.

Таблица 9.3

При выполнении эксперимента и обработке опытных данных руководствуйтесь пояснениями, приведенными в 9.2.2, и соотношением (9.5).

9.2.4. Исследование ачх и фчх функции передачи трансформатора по напряжению

Соберите схему, представленную на рис. 9.3. В качестве используйте поочередно 2 резистора: кОм и Ом. Исследуйте амплитудно-частотную и фазочастотную характеристики функции передачи трансформатора с помощью плоттера ХВР1, открыв его экран двойным щелчком мыши по изображению плоттера. Для исследования АЧХ нажмите клавишу Magnitude на верхней панели Mode. Нажмите клавишу Reverse, чтобы получить белый фон экрана. На левой панели управления Horizontal установите необходимый диапазон частот измерения АЧХ (вид шкалы горизонтальной оси – логарифмический Log; начальное ( ) 100 Гц и конечное ( ) 2 МГц значения частот); на правой панели управления Vertical установите линейный масштаб Lin отношения напряжений и , а также начальное ( ) 1 мВ и конечное ( ) 1,3 В значения АЧХ. Эти границы выбираются так, чтобы на экране был виден весь график АЧХ.

Снимите при нескольких значениях частот (примерно 100 Гц, 1, 3, 6, 9, 12, 18, 30, 50, 100, 500 кГц) АЧХ функции передачи трансформатора. Для этого двигайте курсор по экрану графопостроителя, нажимая мышью на кнопки со стрелками влево и вправо или перемещая мышью сам курсор по экрану. Определите по графику АЧХ граничные частоты полосы пропускания трансформатора на уровне . Результаты измерений, произведенных при сопротивлениях нагрузки и , занесите в табл. 9.4, а расчеты АЧХ выполните по формуле (9.7).

Для снятия ФЧХ функции передачи трансформатора нажмите клавишу Phase на верхней панели Mode плоттера. На правой панели управления Vertical установите линейный масштаб Lin, а также начальное ( ) и конечное ( ) значения ФЧХ. Результаты измерений ФЧХ для тех же

Таблица 9.4

, кГц	Нагрузка			Нагрузка
	Измеряют		Вычисляют	Измеряют		Вычисляют

значений частот, произведенных при сопротивлениях нагрузки и , занесите в табл. 9.4.

9.3. Требования к отчету

В отчете следует сформулировать цель работы, привести все пункты исследований и сделать заключение. По каждому пункту в отчет необходимо включить его название, схемы исследуемых цепей, таблицы данных эксперимента и выполненных вычислений; должны быть приведены соответствующие соотношения и требуемые расчеты. Следует привести графики АЧХ и ФЧХ функции передачи напряжения трансформатора (экспериментально снятые и расчетные).

Необходимо также письменно ответить на следующие вопросы:

1. Как установить правильность выполнения проведенных исследований?

2. Как практически разметить однополярные выводы двух индуктивно связанных катушек?

3. При каком соотношении между параметрами катушек , , напряжение одной из них в режиме гармонических колебаний при последовательном соединении катушек и встречном включении будет отставать от тока?

4. Почему АЧХ трансформатора падает в области низких и высоких частот? В какой частотной области исследуемый трансформатор приближается к идеальному? Почему на нулевой частоте сигнал через трансформатор к нагрузке не проходит?

5. Чем объяснить резкое расхождение расчетных и опытных значений при ?

Работа № 12 исследование искажений импульсных сигналов при прохождении их через линейные цепи

Цель работы: изучение характера и степени искажений импульсных сигналов прямоугольной формы при прохождении их через линейные цепи.

12.1. Подготовка к работе

При исследовании искажений импульсных сигналов обычно через цепь пропускают сигнал прямоугольной формы. Более «гладкие» сигналы той же длительности имеют меньшую ширину спектра и, следовательно, искажаются слабее, чем прямоугольные импульсы. Искажения проявляются в удлинении передних и задних фронтов импульсов, в колебаниях на переднем и заднем фронтах (появление «выбросов»), в спаде плоской части импульсов.

Для оценки искажений используют 2 основных подхода:

1) в цепях первого и второго порядков, где корни характеристического уравнения (собственные частоты цепи) могут быть вычислены относительно просто, степень искажений можно оценить сравнением длительности импульса с длительностью переходного процесса (необходимо учитывать также форму переходного процесса);

2) в цепях высокого порядка, где вычисление собственных частот затруднено, сравнивают полосу пропускания цепи (определяемую значительно проще) с шириной спектра сигнала.

В обоих случаях оценка искажений будет приближенной, т. е. качественной:

1) чем меньше длительность и колебательность переходного процесса, тем ниже уровень ожидаемых искажений;

2) если главная часть спектра сигнала лежит в полосе пропускания цепи, то следует ожидать малых искажений.

Исследуемая в работе цепь первого порядка (рис. 12.1, а) имеет собственную частоту

, (12.1)

где – постоянная времени цепи.

Уменьшение снижает длительность переходного процесса и искажения сигнала. Очевидно, если будет на порядок меньше длительности сигнала, то искажения ожидаются незначительные.

В исследуемой цепи второго порядка (рис. 12.1, б) собственные частоты цепи определяются выражением

. (12.2)

а б

Рис. 12.1

Наиболее быстрый переходный процесс и, следовательно, меньшие искажения формы сигнала будут при кратных собственных частотах ; при вещественных различных корнях длительность переходного процесса увеличивается, а при комплексных собственных частотах переходный процесс становится колебательным и появляются «выбросы» на переднем и заднем фронтах выходного сигнала.

Исследуемые в работе цепи высокого порядка (рис. 12.2) также представляют собой фильтр нижних частот, но для оценки искажений здесь следует использовать частотный подход. АЧХ функции передачи по напряжению

(12.3)

в области низких частот мало отличается от начального значения . Ширина полосы определяется граничной частотой (частотой среза ), на которой в (12.3) выполняется условие

(12.4)

Амплитудный спектр единичного по уровню входного прямоугольного импульса длительностью описывается выражением

. (12.5)

Рис. 12.2

Ширина спектра определяется в первом приближении шириной первого «лепестка», т. е. первым нулем спектра (12.5)

. (12.6)

Очевидно, что искажения будут малы при выполнении условия

. (12.7)