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

50093. Исследование переходных процессов в электрических цепях с источником постоянного напряжения 517 KB
  Построение графиков напряжения и токов при переходных процессах. Построение графиков по расчётным данным:...
50094. Техніка ударів по мячу ногою 130 KB
  Техніка ударів по мячу ногою. У футболі удари по мячу виконуються ногою і головою. Удари по мячу головою роблять серединою та бічними частинами голови. Частини тіла якими футболіст виконує прийоми техніки гри удари зупинки ведення тощо Удар по мячу внутрішньою частиною стопи Цей прийом застосовується під час ударівпередач на невеликі відстані зокрема по воротах.
50095. Определение удельного сопротивления, контактного сопротивления, и удельной теплопроводности металлов низкоомных материалов с помощью измерительного усилителя 176 KB
  Несмотря на низкое удельное сопротивление при большой длине металлические проводники могут иметь заметное сопротивление что приводит к потерям электроэнергии при её передаче и влияет на работу потребителей. Например изза большого числа витков активное омическое сопротивление катушки индуктивности может оказаться соизмеримым с её реактивным сопротивлением. Для металлических образцов реальных размеров учитывая что удельное сопротивление в среднем варьируется от 107 до 105 Омм величины сопротивлений оказываются также малы. Ещё одной...
50097. Массивы. Линейные массивы. Двухмерные массивы – матрицы. Многомерные массивы 42 KB
  Элементами массива могут быть данные любого но только одного типа включая структурированные. Тип элементов массива называется базовым число элементов массива фиксируется при описании и в процессе выполнения программы не меняется. Доступ к каждому отдельному элементу осуществляется путем индексирования элементов массива. Индекс массива по смыслу тождествен понятию индекса элемента вектора.
50098. Расчет снеговой нагрузки 190.5 KB
  Основные факторы влияющие на значение снеговой нагрузки это количество выпадающих в зимнее время осадков ветровой перенос в том числе сдувание с покрытия и таяние снега. Разница в количестве осадков в разные годы служит причиной многолетней изменчивости снеговой нагрузки. Базовое значение снеговой нагрузки представляет собой РАСЧЕТНЫЙ ВЕС СНЕГОВОГО ПОКРОВА на 1 м2 горизонтальной поверхности земли превышаемый один раз в 25 лет точнее зим. Расчетным значением этой нагрузки должен быть максимум из n ее повторений где n число лет...
50099. Визначення резонансного потенцыалу збудження атомів гелію методом Франка і Герца 477.5 KB
  Прилади і обладнання Трьохелектродна лампа яка заповнена інертним газом гелієм джерело живлення типу ПСИП500 анодної та сіткової ділянок кіл установки автотрансформатор випрямляч струму типу ВСА6А амперметр катодного кола мікроамперметр анодного кола вольтметри Теоретичні відомості та опис установки Різниця потенціалів пройшовши яку електрон зазнає непружного зіткнення з атомом газу внаслідок чого атом переходить основного стану в перший збуджений стан називають резонансним потенціалом. Сила катодного струму вимірюється...
50100. Способи перенесення одного партнера двома і техніка їх виконання 45.5 KB
  Перенесення партнера: одного одним одного двома. Однією із різновидів перенесення вантажу є перенесення партнера. Способи перенесення партнера: одного двома; одного одним. Способи перенесення одного партнера двома і техніка їх виконання...