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

22979. Прямий доступ до пам’яті (ПДП) 3.8 MB
  Контролер ПДП Забезпечити роботу в режимі захоплення шин можна за допомогою логічних схем та тригерів саме так це зроблено наприклад у €œМікролабі€ але зручніше скористатися спеціальною ВІС контролером прямого доступу до памяті КПДП. Працює КПДП в двох сильно відмінних один від одного режимах: в режимі програмування коли мікропроцесор €œзакладає€ в нього необхідні інструкції і в режимі обміну даними між зовнішнім пристроєм і ОЗП. Схематичне зображення ІМС КПДП типу КР580ВТ57 подано на рис. В режимі програмування вони...
22980. Клавіатура і індикація 5.36 MB
  ОЗП індикації являє собою область операційної памяті в якій стільки комірок скільки знаків може бути розміщено на екрані. Побудова знаків Знаки на екрані дисплею будуються за мозаїчним принципом. Знакоформувач Знакоформувач являє собою ПЗП в якому закладена інформація про структуру утворюваних ним знаків. Таким чином ці три ІМС можуть створювати 96 різних знаків символів.
22981. Робота зі співпроцесором 3.19 MB
  Обгрунтування необхідності співпроцесора Хоча мікропроцесор К1810ВМ86 оперує з 16розрядними числами відносна точність його обчислень не дуже висока. Такий допоміжний процесор має назву співпроцесора. Включення співпроцесора Для спільної роботи зі співпроцесором мікропроцесор МП86 слід включити у максимальний режим = 0.
22982. Тенденції у розвитку мікропроцесорної техніки 1011.5 KB
  Другий шлях полягає навпаки у роздрібненні секціонуванні мікропроцесора на окремі функціональні блоки і модулі кожний з яких виконує свої операції: операційний блок блок мікрокомандного керування блок памяті мікрокоманд та інше. Його система команд майже цілком співпадає з системою команд МП80 і відрізняється від неї лише декількома додатковими командами про які мова йтиме далі. У апаратному відношенні МП85 містить всі ті ж блоки що і МП80 але має крім того: блок керування перериваннями котрий розширює можливість звернення до...
22983. Система команд та методи адресації в мікропроцесорі КР1810ВМ86 1.05 MB
  Серед цього списку можна виявити що деякі команди не змінили ані форми ані змісту наприклад HLT NOP STC IN OUT JMPCALL тощо. Деякі команди зберегли свій зміст але мають дещо іншу мнемоніку: для МП80 INR DCR ANA ORA XRA JZ JNZ JC JNC для МП86 INC DEC AND OR XOR JE JNE JB JNB Зявилися принципово нові команди пoвязані з новими можливостями МП86: MUL множення; DIV ділення; NEG утворення доповняльного коду; NOTінверсія; TEST операція І без фіксації результату тільки заради...
22984. Мультипроцесорні системи 4.79 MB
  Дійсно звернення до памяті або до зовнішніх пристроїв та захоплення системної шини дозволяється одночасно лише одному з процесорів тоді як останні повинні в цей час переробляти раніш одержані дані або знаходитись в режимі очікування. Такий часовий розподіл загальних ресурсів системи має назву арбітражу системної шини і виконується групою пристроїв спеціальних ІМС так званих арбітрів шини. Арбітр шини дозволяє захоплення системної шини лише одному з процесорів що виставили запит тому котрий посідає найвищого пріоритету і...
22985. Мікропроцесори 80386 і 80486 4.79 MB
  Це дозволяє йому здійснювати обмін з памяттю зі швидкістю до 32 Мбайт сек і виконувати до 5 мільйонів операцій у секунду MIPS. Отже під час виконання одної команди відбувається декодування другої а третя видобувається з памяті. Усі можливості МП386 мультипрограмність віртуальна память захист пріоритети зповна відкриваються лише в захищеному режимі. У порівнянні з МП286 у МП386 існують істотні відміни в організації віртуальної памяті.
22986. Поняття про RISC-процесори. Процесори п’ятого та шостого поколінь 6.22 MB
  Процесори пятого та шостого поколінь Поняття про RISCпроцесори Якісний стрибок у розвитку мікропроцесорних систем відбувся з появою мікропроцесора 8086. Такі процесори і компютери дістали назву RISC процесорів та RISC компютерів на відміну від процесорів та компютерів зі складною системою команд Complex Instruction Set Computer CISC компютер. Перший €œсправжній€ RISC компютер було створено наприкінці 70х років в університеті Берклі.
22987. Діагностика несправностей у мікропроцесорних системах 739 KB
  Тут можна навести таку наочну аналогію: візьміть на сторінці друкованого тексту вертикальний рядок літер що розташовані одна над одною і спробуйте встановити зміст тексту. Тому третя трудність полягає у тому щоб будьякимсь чином представити інформацію що міститься у вихідному тестсигналі у компактній та зрозумілій формі по якій можна було б судити про справність або несправність пристрою що перевіряється. Тестпрограма повинна бути періодичною щоб можна було проконтролювати відтворюваність її результатів від кількох актів тестування....