 ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение Как определить диапазон голоса - ваш вокал Игровые автоматы с быстрым выводом Как самому избавиться от обидчивости Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам Вкуснейший "Салат из свеклы с чесноком" Натюрморт и его изобразительные возможности Применение, как принимать мумие? Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д. Как научиться брать на себя ответственность Зачем нужны границы в отношениях с детьми? Световозвращающие элементы на детской одежде Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ) Глава 3. Завет мужчины с женщиной
Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.
| Исследование прохождения сигналов через линейные цепи
Методические указания к лабораторной работе № 1 по дисциплине «Схемотехника» Исследование прохождения сигналов через линейные цепи
Составитель: Власов А.Ю.
Омск 2013 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1 Исследование прохождения сигналов через линейные цепи 1. Цель работы Исследование электрических процессов при прохождении импульсных сигналов через дифференцирующие и интегрирующие цепи, изучение процессов в импульсном трансформаторе. 2. Пояснения к лабораторному стенду На стенде проводятся экспериментальные исследования форм сигналов, возникающих на выходе при прохождении прямоугольных импульсов через дифференцирующие и интегрирующие цепи, а также через импульсный трансформатор. Исследуемые схемы приведены на рис. 1 ...4. В качестве источника входного напряжения используется генератор прямоугольных импульсов , установленный на стенде. Исследование выходных сигналов цепей проводятся с помощью осциллографа С1-68. 3. Теоретические сведения В электронных устройствах находят широкое применение цепи, формирующие напряжение одной формы из напряжения другой. Такую задачу можно решить, используя линейные элементы, параметры которых (активное сопротивление, емкость, индуктивность, взаимная индуктивность) не зависят от значений и направлений проходящих токов и приложенных напряжений. Ток в такой цепи пропорционален входному напряжению. Если на входе линейной цепи, содержащей частотно-зависимые элементы (например, конденсатор, индуктивная катушка), действует напряжение, представляющее собой сумму гармоник различных частот, то форма напряжения на ее элементах не повторяет форму входного напряжения. Это объясняется тем, что гармоники входного напряжения по разному пропускаются этой цепью. Свойства линейных цепей с частотно-зависимыми элементами используются при построении дифференцирующих и интегрирующих цепей. Дифференцирующая цепь (рис. 1). Определим передаточные функции дифференцирующих цепей в операторной форме. Для схемы (рис. 1 а) можно записать
где t 1= R1·С1 – постоянная времени цепи. Для схемы (рис. 1 б) аналогично
где t 1= L1/R2.
Рис.1 Передаточная функция схем определиться как отношение выходного напряжения к входному.
При прохождении через дифференцирующую цепь прямоугольною импульса амплитудой Um и длительностью tИ форма выходного импульса будет определяться соотношением величин t и tИ (рис. 2 а). Закон изменения выходного напряжения после прихода переднего (t1) и заднего (t2) фронтов импульса можно соответственно представить в виде
где Uk – значение выходного напряжения в момент времени t2 . При t << tИ рассмотренная цепь осуществляет операцию дифференцирования входного сигнала Интегрирующая цепь (рис. 3).
Рис. 2 Для схемы рис. 3 можно записать
где tЗ = R3·C2 – постоянная времени цепи. Тогда передаточная функция получается в виде
Рассмотрим влияние интегрирующей цепи на форму сигнала при прохождении через нее прямоугольного импульса длительностью tИ (рис. 2 б). В момент прихода импульса t1 напряжение на выходе цепи начнет изменяться по закону
В зависимости от соотношения величины t и tИ интегрирующая цепь оказывает различное влияние на форму проходящего импульса напряжения. При Импульсный трансформатор (рис.4)
Рис. 4 Импульсный трансформатор используется для изменения амплитуды и формы импульсов, согласования сопротивлений нагрузки, а источника импульсов: исключения в нагрузочной цепи постоянной составляющей тока; гальванической развязки источника сигналов и нагрузки; одновременной подачи в различные цепи (с помощью нескольких нагрузочных обмоток) импульсов напряжений разной полярности и амплитуды, но одинаковой формы. Трансформатор должен трансформировать импульсы с минимальным искажением их формы. Искажение формы импульсов обусловлено действием паразитных емкостей и индуктивности рассеяния обмоток. На рис.5 представлена схема замещения импульсного трансформатора, где R1 и R'2 = R2/n2 – активные сопротивления первичной и приведенной вторичной обмоток; n=W2/W1 – коэффициент трансформации, определяемый через количество витков первичной W1 и вторичной W2 обмоток; L1 и L'2 =L2/n2 – индуктивности рассеяния обмоток трансформатора; С1 и С'2 — С2 /п2 – динамические значения емкостей обмоток, R0 – активное сопротивление, обусловленное потерями мощности в магнитопроводе трансформаторa; L0- индуктивность намагничивания, U'2 =U2/n. Рис. 5 При анализе быстрых переходных процессов, возникающих при передаче фронта импульса, можно пренебречь небольшим намагничивающим током транс- форматора и, соответственно влиянием сопротивлений R0 и L0. Емкость С1 шунтируется малым выходным сопротивлением источника импульсов, следовательно ею можно также пренебречь. При сделанных допущениях эквивалентная схема будет иметь вид, приведенный на рис. 6 а, где R = R1 +R'2 , L=L1+L'2 , R'H =RH/п2 – приведенное сопротивление нагрузки.
Рис.6 Напряжение U2 при входном импульсе с амплитудой Um стремится к величине U2 = kп Um , где k =R'H /(R + R'H). Характер переходного процесса определяется соотношением параметров схемы замещения трансформатора. Наличие нагрузочного сопротивления RHулучшает качество переходного процесса за счет уменьшения постоянной времени схемы. Медленная составляющая переходного процесса определяется в основном индуктивностью намагничивания трансформатора и проявляется в искажении формы вершины входного импульса. В этом случае эквивалентная схема примет вид, приведенный на рис. 6. Выходное напряжение трансформатора при и U1 =Um будет из меняться по закону При t << tИ трансформатор осуществляет операцию дифференцирования входного сигнала, при t = tИ вносит сильное искажение в форму выходного сигнала, а при t >> tИ пропускает входной импульс практически без искажений. Экспериментальная часть работы 4.1. Собрать схему для исследования дифференцирующей цепи (рис. I а). Ко входу схемы подключить генератор прямоугольных импульсов. Снять осциллограммы выходного напряжения для частот следования импульсов f1<<1/2T, f2= 1/2T ч f3 >> 1/2T. Длительность импульсов задавать равную половине периода. 4.1. Подключить генератор к входу дифференцирующей схемы, (рис. 1 б). Снять осциллограммы то ка и выходного напряжения при тех же значениях частот. 4.2. Подключить генератор к входу интегрирующей схемы (рис. 2). Снять осциллограммы тока и напряжения для значений частот, рассчитанных по формулам п. 4.1. 4.3. Подключить генератор к входу импульсного трансформатора. Снять осциллограммы выходных напряжений трансформатора при холостом ходе и включенном сопротивлении нагрузки RH. Содержание отчета 5.1 .Цель работы. 5.2. Схемы исследуемых электрических цепей. 5 3. Осциллограммы токов и выходных напряжений исследуемых схем. 5.4. Результаты анализа осциллограмм и выводы по практическому использованию исследуемых схем.
Контрольные вопросы 1.Объясните физические процессы, происходящие в дифференцирующей цепи при воздействии на нее прямоугольных импульсов напряжения. 2.Как изменяется форма напряжения на выходе дифференцирующей цепи, если изменять период повторения импульсов? 3.Объясните физические процессы, происходящие в интегрирующей цепи при воздействии на ее вход прямоугольных импульсов напряжения. 4.Чем определяется вид переходного процесса в импульсном трансформаторе при подаче на его вход импульсного сигнала?
ЛИТЕРАТУРА 1. Основы теории цепей: Учебник для вузов/ Г.В Зевеке, ПА. Ионкин, А.В. Нетушил, С.В. Страхов.-М.: Энергоатомиздат, 1989.-528 с. |
и 
,
, при t= tИ цепь вносит сильное искажение в форму выходного сигнала (U''ВЫХ), а при t >> tИ цепь пропускает входной импульс практически без искажений (U'''ВЫХ).
и к моменту окончания импульса достигнет значения Uk . В момент t2 изменяется закон формирования выходного напряжения
.
, 