6.3. Описание лабораторного устройства
Структурная схема устройства приведена на рис. 6.10.
Рис. 6.10
Рис. 6.11
RC-цепи
(рис. 6.11) собраны в среде «Multisim»,
а также на макетной плате станции «NI
ELVIS»
(и в блоке 1 лабораторного макета).
Параметры элементов фильтров:
(10
%),
(10
%),
=
750 пФ (10
%).
6.4. Предварительное задание
Объем задания конкретизируется преподавателем.
1. Изучите основные вопросы темы по конспекту лекций и литературе [1, с. 174–177, 180–184; 2, с. 193–198, 209–214; 4, 33–41].
2. Рассчитайте постоянные времени ( и ) и граничные частоты фильтров.
3. Проверьте, выполняются ли в RC-фильтрах условия дифференцирования и интегрирования заданных видеосигналов.
4.
Рассчитайте
и
(рис. 6.5) для дифференцирующей цепочки
и
и
(рис. 6,7) для интегрирующей цепочки.
Изобразите временные диаграммы на
выходе дифференцирующей и интегрирующей
цепочки при прохождении через них
меандра.
5.
Рассчитайте и постройте спектр меандра
с амплитудой
В (размах 10 В) и периодом повторения
=
100 мкс на входе и выходе дифференцирующей
цепи.
6. Изобразите ожидаемую форму выходного напряжения в п. 4–6 практического задания.
6.5. Практическое задание
1. Измерьте граничную частоту ФВЧ (для и ). Для этого откройте файл «ФВЧ_ЧХ.ms10». Схема измерений примет вид, показанный на рис. 6. 12.
Рис. 6.12
Установите
на генераторе V3 гармоническое
колебание с частотой примерно 3 кГц и
амплитудой 1 В. Активируйте мышью
анализатор XBP1. Нажмите
клавиши «Амплитуда» и «Лин» и установите
по горизонтали F = 100
кГц, I = 10 Гц, а по
вертикали F =1, I
= 0. Измерьте
и оцените расхождение экспериментальной
и расчетной граничной частоты (как для
,
так и для
.
2. Повторите п. 1 для ФНЧ. Для этого откройте файл «ФНЧ_ЧХ.ms10» (см. рис. 5.8). При этом на анализаторе XBP1 установите по горизонтали F = 10 кГц.
3. Исследуйте прохождение меандра через ФВЧ (рис. 6.13) и ФНЧ (см. рис. 5.6) (для и ). Для этого откройте соответственно файлы «ФВЧ_ПХ.ms10» и «ФНЧ_ПХ.ms10».
Рис. 6.13
Меандр с периодом 100 мкс подается с генератора XFG1. Измерьте и . Для интегрирующей цепочки измерьте (см. рис. 6.2).
Объясните влияние полосы пропускания фильтра на форму выходного сигнала.
4. Исследуйте прохождение через RC-цепи (при и ) видеоимпульсов прямоугольной формы со скважностью q = 4, симметричных треугольных и пилообразных импульсов.
Зарисуйте осциллограммы входных и выходных сигналов.
5. Исследуйте изменение спектра меандра при прохождении его через дифференцирующую и интегрирующую RC-цепи. Для этого откройте файл «Спектр_анализ.ms10». На экране монитора будет схема (рис. 6.14).
Установите на генераторе заданный меандр. Пронаблюдайте этот сигнал на осциллографе.
Рис. 6.14
Вызовите на экран лицевую панель анализатора спектра и измерьте (с помощью маркера) амплитуды первых десяти гармоник сигнала на входе и выходе дифференцирующей и интегрирующей RC-цепей. Постройте спектральные диаграммы амплитуд. Сопоставьте с предварительным заданием.
Контрольные вопросы
Покажите (и докажите), при каких условиях ФВЧ может функционировать как дифференцирующая цепь.
Как доказывается условие дифференцирования цепи временным и спектральным методами?
Что представляет собой сигнал на выходе идеальной дифференцирующей цепочки, если на ее вход поочередно подаются синусоидальное напряжение, трапецеидальный импульс, прямоугольный импульс?
Каковы условия, при которых ФНЧ может служить в качестве интегрирующей цепи?
Докажите условия интегрирования сигналов в RC-цепи как временным, так и спектральным методом.
Каково влияние элементов R и C в дифференцирующей и интегрирующей цепи на переходную и импульсную характеристики?
Объясните влияние полосы пропускания RC-цепей на осциллограмму и спектрограмму выходных импульсов при воздействии на входе прямоугольных импульсов.
Как изменится форма выходных импульсов при изменении элементов схем (
и
)
и периода импульсов на входе?Изобразите спектральную плотность импульса на выходе идеальных дифференцирующей и интегрирующей цепей при воздействии на их вход прямоугольного импульса.
Изобразите форму импульса на выходе идеальной интегрирующей цепи при подаче на ее вход импульса прямоугольной формы.
Изобразите форму импульсов на выходе идеальной дифференцирующей цепи при воздействии на ее вход импульсов пилообразной и треугольной формы.
Объясните форму импульсов на выходе дифференцирующей RC-цепи при воздействии на ее вход импульсов пилообразной и треугольной формы с различным периодом следования.