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

31 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

82271. Проблема разделения социальных и гуманитарных наук пол предмету, по методу, по предмету и методу одновременно, по исследовательским программам 34.01 KB
  В настоящее время считается что естественные науки и социально-гуманитарные науки имеют как общие так и различные характеристики. Естественные и социально-гуманитарные науки обладают всеми признаками науки как особого феномена познание нового наличие эмпирического и теоретического уровней оформленность в понятиях и т. Вместе с тем социально-гуманитарные науки отличаются от естественно-математических и технических наук по следующим основаниям: по объекту исследования – естественные науки изучают природную реальность т. то что существует...
82272. Методы социальных и гуманитарных наук 42.51 KB
  Абстрагирование важнейший метод научного постижения реальности. Результатом применения этого метода является абстракция. Наряду с абстрагированием важнейшим методом научного познания на эмпирическом уровне познания является индукция. Индукция это метод движения мысли от менее общего знания к более общему.
82273. Вненаучное социальное знание. Взаимодействие социальных, гуманитарных наук и вненаучного знания в экспертизах социальных проектов и программ 39.26 KB
  Взаимодействие социальных гуманитарных наук и вненаучного знания в экспертизах социальных проектов и программ. Эйнштейн ищут основания знания в философии и художественной литературе. Антифундаменталистская тенденция просматривается в истолковании всех важнейших областей научного познания: математического естественнонаучного гуманитарного. В то время как сциентизм базируется на абсолютизации рациональнотеоретических компонентов знания антисциентизм опирается на ключевую роль этических правовых культурных ценностей по отношению к идеалу...
82274. Дисциплинарная структура социально –гуманитарного знания и междисциплинарные исследования. Дифференциация и интеграция знаний 37 KB
  В дальнейшем проблематика связанная с первым типам междисциплинарности практически полностью стала изучаться в рамках исследований по классификации науки и ее развития. При этом главная Наука как социальный институт задача состоит в том чтобы преодолеть в процессе исследований отмеченное в свое время И. Эта задача пусть и не всегда в явной форме стоит перед участниками междисциплинарных исследований любого масштаба . Успешное осуществление междисциплинарных исследований предполагает одновременное решение трех видов проблем:...
82275. Переопределение парадигм и предметно- тематических направлений, появление новых областей исследования 38.77 KB
  В ходе развития науки в последней трети XX в. Ее фундамент составляют ставшие общенаучными принципы развития и системности. Такое понимание процессов развития исходит из синергетики. Вопервых принцип развития эволюции в современной науке получил статус фундаментальной мировоззренческой и методологической константы.
82276. Роль СГН и вненаучного знания в экспертизах социальных проектов и программ 32.11 KB
  Социальногуманитарные науки являются социальнокультурным феноменом изменяются вместе с обществом. Социальногуманитарные науки необходимы для разработки стратегии развития общества для понимания человеком своего места в социальной среде. Социальная политика всегда нуждается в социальной науке так как первая – лишь излагает определенные идеалы а вторая – мысленно упорядочивает факты и предлагает варианты действий М. Социальногуманитарные науки развиваются в настоящее время по следующим основным направлениям: сближение с...
82277. Изменения дисциплинарной структуры социально-гуманитарного знания в современных условиях. Смена лидирующих дисциплин 35.88 KB
  Вместе с тем региональные и функциональные различия науки обусловленные уровнем экономического технологического развития природными ресурсами вносят определенную спецификацию в совокупный потенциал развития науки. Одним из бесспорных мировоззренческих итогов науки начала XXI в. В основе научного мировоззрения лежит представление о возможности научного постижения сущности многообразных явлений современного мира о том что прогресс развития человечества связан с достижениями науки. Острые споры ведутся вокруг проблемы взаимоотношений...
82278. Возрастание роли гуманитарных знаний в современном обществе. «Сообщество знания». Значение опережающих социальных исследований для решения социальных проблем и предотвращения социальных рисков 31.17 KB
  Значение опережающих социальных исследований для решения социальных проблем и предотвращения социальных рисков. В этом состоит значение основополагающих социальных исследований. Важнейшими функциями социальных наук в современном обществе является критика действительности и ее проблематизация. Изучаются явления лежащие на стыке социальных и экономических сфер жизнедеятельности общества.
82279. Проблема глобализации в социально-гуманитарных науках 32.66 KB
  Учение интенсивно развивается и в рамках биологии исследование механизмов эволюции на молекулярном клеточном организменном уровнях. Для того чтобы описать движущие силы эволюции любого объекта нашего мира был создана синергетика новая междисциплинарная область Н исследований новое направление решения Н проблем. В настоящее время в Н в целом и в синергетике в частности используется принцип нелинейности многовариантности альтернативности путей темпов эволюции необратимости эволюции возможность непредсказуемых изменений. Поновому...