1. Искажения прямоугольного импульса в фильтре нч

Изучите влияние постоянной времени фильтра НЧ на выходной сигнал. Для этого, заменяя резистор или конденсатор, уменьшайте постоянную времени фильтра, наблюдайте соответствующие изменения выходного сигнала и сравните их с ожидаемыми. Убедитесь, что искажения сигнала тем меньше, чем меньше постоянная времени фильтра.

Зарисуйте осциллограммы входного и выходного сигналов (на одном рисунке) для случая относительно небольших искажений ( ≈ T_и/10).

Здесь и далее осциллограммы можно зарисовывать «от руки», но с примерным соблюдением масштаба. На осциллограммах должны быть приведены шкалы значений напряжения и времени и указаны условия эксперимента.

2. Искажения прямоугольного импульса в фильтре вч

Поменяв местами резистор и конденсатор, перейдите к следующей цепи — фильтру ВЧ первого порядка. Аналогично п.1 (только не уменьшая, а увеличивая ) изучите влияние постоянной времени фильтра ВЧ на выходной сигнал и убедитесь, что искажения сигнала тем меньше, чем больше постоянная времени фильтра.

Зарисуйте осциллограммы входного и выходного сигналов для случая относительно небольших искажений ( ≈ 10 T_и).

3. Искажения прямоугольного импульса в апериодической цепи второго порядка

Соберите апериодическую цепь второго порядка в виде каскадного соединения фильтра НЧ ( ≈ T_и / 10) и фильтра ВЧ ( ≈ 10 T_и). Убедитесь, что наблюдаемые искажения сигнала качественно соответствуют ожидаемым. Зарисуйте осциллограммы сигналов (на одном рисунке) на входе цепи, на выходе (конденсаторе) первого звена и на выходе двухзвенной цепи.

4. Искажения прямоугольного импульса в последовательном колебательном контуре

Соберите последовательный колебательный контур (L = 2÷5 мГн, C = 2÷5 нФ, резистор в контур не включайте). Входное напряжение включите в контур, выходное напряжение снимайте с конденсатора. Убедитесь, что наблюдаемый выходной сигнал качественно соответствуют ожидаемому.

Зарисуйте осциллограммы выходных сигналов:

• для исходного контура;

• для контура с дополнительным резистором (20÷50 Ом).

5. Преобразование сигнала в фильтре нч с большой постоянной времени

Соберите фильтр НЧ с относительно большой постоянной времени (порядка 1 мс) и сформируйте входной сигнал в виде последовательности сдвоенных прямоугольных импульсов:

где u₀ = 0, U₁ = 1 В, U₂ = –2 В, U₃ = 1 В, , t₁ = 0, t₂ = 100 мкс, t₃ = 200 мкс, период 2 мс. Сначала наблюдайте осциллограммы входного и выходного сигналов, а затем «растяните» шкалу напряжения (для этого проще всего, временно отключив отображение генерируемого сигнала, выполнить автомасштабирование изображения по вертикальной оси).

Зарисуйте осциллограмму выходного сигнала. Обратите внимание, что выходной сигнал изменяется примерно пропорционально интегралу от входного сигнала.

6. Преобразование сигнала в фильтре вч с малой постоянной времени

Соберите фильтр ВЧ с относительно малой постоянной времени (порядка 10 мкс) и сформируйте входной сигнал в виде последовательности треугольных импульсов:

где u₀ = 0, U_И = 1 В, Т_И = t₀ = 100 мкс, период 2 мс.

Аналогично п.5 сначала наблюдайте осциллограммы входного и выходного сигналов, а затем «растяните» шкалу напряжения.

Зарисуйте осциллограмму выходного сигнала. Обратите внимание, что выходной сигнал изменяется примерно пропорционально производной входного сигнала.

Контрольные вопросы

1. Дайте качественное объяснение характера наблюдавшихся в работе процессов в апериодических цепях (первого и второго порядка) при воздействии прямоугольных импульсов.

2. Дайте качественное объяснение характера наблюдавшихся в работе процессов в колебательном контуре при воздействии прямоугольных импульсов.

3. Как, зная переходную характеристику цепи, рассчитать реакцию этой цепи на прямоугольный импульс?

4. Как, используя принцип суперпозиции, оценить реакцию линейной цепи на «кусочно-линейный» импульс?

5. В каких фильтрах (нижних частот? верхних частот? полосно-пропускающих?) наблюдались искажения «быстрых» участков импульсного сигнала, например, сглаживание фронтов (скачков) прямоугольного импульса?

6. В каких фильтрах (нижних частот? верхних частот? полосно-пропускающих?) наблюдались искажения «медленных» участков импульсного сигнала, например, спад плоской вершины прямоугольного импульса?

_____________

Лабораторная работа № 13