16520

ИССЛЕДОВАНИЕ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

ИССЛЕДОВАНИЕ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК Методические указания к лабораторной работе № 5 по курсам Основы теории цепей Теория электрических цепей для студентов направлений Радиотехника Телекоммуникации Информационная безопасность Составител...

Русский

2013-06-22

126.5 KB

29 чел.

ИССЛЕДОВАНИЕ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

Методические указания к лабораторной работе №  5

по курсам «Основы теории цепей», «Теория электрических цепей»

для студентов направлений «Радиотехника», «Телекоммуникации», «Информационная безопасность»

Составитель Е.В. Вострецова

Научный редактор доц., канд. техн. наук А.П. Мальцев

ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ: Методические указания к лабораторной работе № 5  по курсам «Основы теории цепей», «Теория электрических цепей»  /Е. В. Вострецова, Екатеринбург, УГТУ-УПИ, 2008г.

Указания включают в себя описание лабораторной работы, посвященной экспериментальной проверке расчетных соотношений для амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик линейных цепей первого и второго порядка.

Описания работ содержат краткие сведения из теории, задания для выполнения расчетной части, методики проведения эксперимента, рекомендации по оформлению отчета.

Библиогр.: 12 назв. Рис. 2.

Подготовлено кафедрой «Теоретические основы радиотехники».

©УГТУ-УПИ, 2008


1. Цель работы

Расчет и экспериментальная проверка амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик цепей первого и второго порядка.

2. Основные теоретические положения

Комплексной частотной характеристикой цепи называется отношение комплексных изображений отклика и воздействия:

 

Здесь Ymk, Ykкомплексные амплитуда и действующее значение реакции цепи; Xmk, Xk — комплексные амплитуда и действующее значение внешнего воздействия; kномер выходных зажимов; v — номер входных зажимов.

Размерность комплексной частотной характеристики (КЧХ) равна отношению размерностей отклика цепи и внешнего воздействия. В зависимости от того, какие величины (токи или напряжения) рассматриваются в качестве откликов и внешних воздействий, КЧХ может иметь размерность сопротивления, проводимости или быть безразмерной.

Модуль КЧХ равен отношению амплитуд или действующих значений отклика цепи и внешнего воздействия, а ее аргумент представляет собой разность начальных фаз отклика и внешнего воздействия.

Если , КЧХ определяется выражением

  

следовательно, КЧХ  цепи численно равна комплексной амплитуде реакции цепи на внешнее воздействие с единичной амплитудой и нулевой начальной фазой.

Зависимости модуля Нkv (w) и аргумента fkv (w) комплексной частотной характеристики от частоты называются амплитудно-частотной (АЧХ) и фазо-частотной (ФЧХ) характеристиками цепи.

При графическом представлении комплексных частотных характеристик цепи обычно строят отдельно АЧХ и ФЧХ.

Комплексную частотную характеристику можно изобразить и в виде одной зависимости — годографа КЧХ, построенного на комплексной плоскости. Годограф КЧХ представляет собой геометрическое место концов вектора Hkv(jw), соответствующих изменению частоты от w = 0 до w = . На годографе указываются точки, соответствующим некоторым значением частоты w,  и стрелкой показывают направление перемещения конца вектора Hkv(jw) при увеличении частоты. Как видно из рисунка, годограф КЧХ позволяет одновременно судить  об АЧХ и ФЧХ. Годограф КЧХ называют амплитудно - фазовой характеристикой (АФХ) цепи.

Комплексные частотные характеристики цепи делятся на входные передаточные. Если отклик и внешнее воздействие рассматриваются на одних и тех же зажимах цепи, КЧХ называется входной. Если отклик и внешнее воздействие задаются на разных зажимах цепи, КЧХ называется передаточной. Различают два вида входных и четыре вида передаточных характеристик. Различные виды КЧХ сведены в таблицу 5.1.

Таблица 5.1.

Виды комплексных частотных характеристик

Тип

Наименование

КЧХ

Воздействие

Реакция

входные

входное сопротивление

Zvv

входная проводимость

Yvv

передаточные

коэффициент передачи по напряжению

Kkv

коэффициент передачи по току

Gkv

передаточное сопротивление

Zkv

передаточная проводимость

Ykv

КЧХ линейных цепей не зависят от амплитуды и начальной фазы внешнего воздействия, а определяются структурой цепи и параметрами входящих в нее элементов. Знание КЧХ позволяет определить реакцию цепи на заданное гармоническое воздействие и. По виду КЧХ можно судить о свойствах цепи.

3. Расчетная часть

3.1. Выведите формулы для расчета комплексного коэффициента передачи по напряжению для цепей первого порядка, изображенных на рис. 5.1, 5.2.

Рис. 5.1. Схемы исследуемых цепей первого порядка

Рис. 5.2. Схема исследуемой цепи второго порядка

3.2. Рассчитайте АЧХ и ФЧХ коэффициента передачи по напряжению для RC-, CR-, RL-, LR-цепей, постройте графики. Следует выбирать такой диапазон изменения частоты, на котором модуль коэффициента передачи изменяется примерно в 10 раз (например, от максимального значения Kmax  до 0,1 Kmax).

3.3. Для RLС-цепи рассчитайте АЧХ и ФЧХ коэффициента передачи по напряжению и постройте графики для трех значений сопротивления R: R = 0,5Rкр,  R = Rкр  и  R = 2Rкр.

Частотный диапазон для построения графика выбирается аналогично п. 3.2.

4. Экспериментальная часть

Работа выполняется на блоке "Простые и сложные цепи".

Частотные характеристики цепей измеряются при помощи осциллографа в соответствии со схемой, приведенной на рис. 5.3.

Рис. 5.3. Схема измерений

4.1. Соберите схему для измерения частотных характеристик (рис. 5.3). На вход цепи от генератора подайте гармоническое напряжение амплитудой 5…10В, частотой 10…20 КГц.. В качестве исследуемой цепи подключите RС-цепь.

4.2. Установите такой режим работы осциллографа, чтобы наблюдались колебания на входе и выходе цепи, и можно было провести измерение запаздывания одного сигнала относительно другого для вычисления разности фаз.

4.3. Проведите измерения напряжения на входе Uвх и выходе Uвых RС-цепи, периода колебаний T и времени запаздывания t0 сигнала на выходе в том диапазоне частот, в котором рассчитывали АЧХ и ФЧХ в домашнем задании. Сделайте 10…12 замеров.

4.4. Повторите измерения для CR-, RL-, LR-цепей и для RLС-цепи при трех различных значениях R.

5. Обработка результатов

5.1. По результатам проведенных измерений  рассчитайте АЧХ и ФЧХ

5.2. Постройте АЧХ и ФЧХ в том же масштабе, что и расчетные.

5.3. Определите факторы, влияющие на форму характеристик; особенности частотных характеристик цепей первого и второго порядка, укажите их в выводах.

6. Требования к содержанию отчета

Отчёт должен содержать:

  1.  цель работы;.
  2.  расчётную часть (исходные данные, расчётные формулы с пояснениями, результаты расчётов);
  3.  схему измерений;
  4.  таблицы экспериментальных и расчётных результатов;
  5.  графики АЧХ и ФЧХ;
  6.  выводы.

7. Контрольные вопросы

  1.  Что такое частотные характеристики цепей? Какие частотные характеристики цепей Вам известны?
  2.  Что такое амплитудно-частотная характеристика?
  3.  Что такое фазочастотная характеристика?
  4.  Укажите основные свойства частотных характеристик цепей, состоящих только из резистивных элементов.
  5.  Каковы основные свойства частотных характеристик цепей с одним энергоёмким элементом?
  6.  В чём особенности частотных характеристик цепей, содержащих различные реактивные элементы?
  7.  Как рассчитать частотные характеристики?
  8.  Предложите методы измерения частотных характеристик.

Библиографический список

  1.  Попов В.П. Основы теории цепей. - М.: Высшая школа, 2003.
  2.  Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. - М.: Высшая школа, 2003.
  3.  Бакалов В.П., Воробиенко П.П., Крук Б.И. Теория электрических цепей. – М.: Радио и связь, 2001.
  4.  Гоноровский И.С., Демин М.П. Радиотехнические цепи и сигналы. - М.: Радио и связь, 1994.
  5.  Бирюков В.Н., Попов В.П., Семенцов В.И. Сборник задач по теории цепей. - М.: Высшая школа, 1998.
  6.  Баскаков С. И. Радиотехнические цепи и сигналы: Руководство к решению задач: сборник задач. Высшая школа, 2002.

Методические разработки кафедры

1. Вострецова Е.В. Основы теории цепей. Методические указания по выполнению лабораторных работ. Часть 1. г. Екатеринбург, ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2005.

2. Вострецова Е.В. Основы теории цепей. Методические указания по выполнению лабораторных работ. Часть 2. г. Екатеринбург, ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2005.

3. Вострецова Е.В, Ковалев Е.И. Основы теории цепей. Методические указания к лабораторным работам 9,10. ГОУ ВПО УГТУ-УПИ. г. Екатеринбург, 2005.

4. Ковалев Е.И., Лучинин А.С., Мальцев А.П. Исследование нелинейных цепей: Методические указания к лабораторным работам. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2002.

5. Лысенко Т.М. Анализ линейной активной цепи: Мет. указ. к курсовой работе. Екатеринбург, Изд-во УГТУ, 2007.

6. Зраенко С.М. Теория электрических цепей: Мет. указ. к практическим занятиям. Ч. 1. Екатеринбург, Изд-во УГТУ, 2006.


uвх(t)

R3

uвых(t)

2

uвх(t)

R3

uвых(t)

С2

uвх(t)

R3

uвых(t)

uвх(t)

R3

uвых(t)

L3

L3

uвх(t)

RL3

L3

R3

uвых(t)

С2

Исследуемая

цепь

ОСЦ

Y1   Y2

ГЕН


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

71852. Факторы, определяющие конкурентоспособность товаров и услуг 145.5 KB
  Готовая продукция конечный продукт производственного процесса предприятия. Выпуск конкурентоспособной продукции и ее реализация завершают кругооборот хозяйственных средств предприятия что позволяет ему выполнять обязательства перед государственным бюджетом банком по ссудам...
71854. Функциональный преобразователь «емкость-код» 435 KB
  Средства электрических измерений физических величин в настоящее время являются элементами практически каждой системы автоматизации научных исследований и управления технологическими процессами в промышленности.
71855. Поочерёдное объединение компьютеров локальных сетей филиалов в две единые для всей корпорации виртуальные частные сети 3.71 MB
  Участники MPLS-сети должны видеть друг друга по протоколу уровня 2 и иметь возможность обмениваться метками. Поэтому для решения задачи следует объединить внутренние маршрутизаторы R4, R5, R6 и R7 в одну вспомогательную виртуальную частную сеть уровня 2 на основе технологии SSTP.
71856. Проект рабочей площадки 1.72 MB
  В курсовом проекте рассмотрены один вариант нормального и два варианта усложненного типа балочной клетки. Временная нагрузка на настил: p н = 30 кН/м2; Коэффициент надежности по нагрузке: f.р.=1,2; Коэффициент надежности по нагрузке для собственного веса конструкций: f.g.=1,05...
71857. Расчет рабочей площадки 6.7 MB
  Сбор нагрузок. Определение расчетных усилий в сечениях балки. Назначение высоты сечения балки. Назначаем высоту стенки hw = 1500 мм. Назначение размеров сечения стенки. Определение размеров сечения поясов.
71858. Один вариант усложненного и два варианта нормального типа балочной клетки 1.26 MB
  Сбор нагрузок Определение расчетных усилий в сечениях балки Назначение высоты сечения балки. Назначение размеров сечения стенки Определение размеров сечения поясов Изменение сечения полки Расчет поясных швов Проверка местной устойчивости элементов балки...
71859. Творчество Т. Гейнсборо 16.01 KB
  В первую очередь Гейнсборо интересовали пейзажи. Гейнсборо всегда считал себя пейзажистом но пейзажи не приносили дохода так как не были популярны. Около 1749 года Гейнсборо создаёт произведение в котором он впервые соединяет портрет и пейзаж портрет четы Эндрюс.
71860. Творчество У. Хогарта 14.43 KB
  Многие свои произведения художник испытавший на себе влияние идей философов Просвещения подчинил задаче воспитания с помощью художественного творчества нравственного начала в человеке и искоренения пороков. В 1764 году художник выпустил свою последнюю гравюру Конец или Бездна.