Лабораторная работа №2. Исследование интегрирующей и дифференцирующей цепей

Лабораторная работа № 2 Исследование интегрирующей и дифференцирующей цепей

Цель работы:

Исследование R\C цепей, изучение их основных характеристик. Письменно ответить на вопросы: Область применения R/C цепей Какова схема включения R/C цепей? Что называется коэффициентом усиления? От чего зависит коэффициент усиления R/C цепи? Интегрирующая цепь. В электронных устройствах часто бывает необходимо изменить прямоугольные импульсы или сигналы другой формы таким образом , чтобы получить сигнал требуемой формы.

Рис. 1. Интегрирующая цепь.

Рассмотрим схему , изображённую на рис. 1. Если её параметры выбраны таким образом , что выполняется неравенство UR >> UC , то можно принять UR приближенно рамным UВХ . При этом условии ток в цепи i интеграл от UВХ / R , а выходное напряжение UВЫХ приближенно равно UС= 1/C Интеграл от i по dt = 1 / RC интеграл от UВХ по dt - формула представляет собой интегральную зависимость. Дифференцирующая цепь. Дифференцирующая цепь применяется в тех случаях , когда импульсы сравнительно большой длительности необходимо преобразовать в короткие запускающие импульсы с крутым фронтом. Цепь сохраняет крутой фронт импульса в той же полярности и по существу ведёт себя как фильтр высоких частот , ослабляющий низкочастотные и пропускающий высокочастотные составляющие импульса.

Рис. 3. Дифференцирующая цепь.

Если для цепи , изображённой на рис. 3 выполнить условия , при которых можно принять UR << UС , то UВХ ? UС и для тока справедливо выражение i = C dUС/dt приближенно равно C dUВЫХ / dt при этом выходное и входное напряжения будут связаны соотношением UВЫХ = UR = R i приближенно равно RС dUВХ / dt - формула представляет собой дифференцирующую зависимость. Дифференцирующие и интегрирующие цепи широко примениют в электронной технике для преобразования одной формы сигналов в другую. Например , с помощью дифференцирующей цепи можно преобразовать напряжение трапецеидальной формы в прямоугольные импульсы чередующейся полярности , необходимые для запуска электронных устройств. На основе интегрирующих и дифференцирующих цепей строят основные блоки аналоговых вычислительных машин. Лабораторная работа выполняется на стенде и на компьютере. I Выполнение работы на стенде : Определить изменения коэффициента усиления КУ при постоянной частоте и различных параметрах RC-фильтра ( С остаётся постоянной величиной при изменении R ). КУ = UВЫХ / UВХ - коэффициент усиления по напряжению , который характеризует частотные свойства фильтра. Схема 1 лабораторного стенда :

Снять характерные осциллограммы напряжений для дифференцирующей и интегрирующей цепей при постоянной частоте и различных параметрах RC. Методика выполнения работы. 1. Ознакомиться со схемой лабораторного стенда . 2. Ознакомиться с методическими указаниями по эксплуатации и применению осциллографа , подготовить осциллограф к работе. 3. Измерить на осциллографе период Т ( сек ) следования импульсов от генератора. Для удобства нахождения Т внутренней ручкой осциллографа ''V/дел.'' передвинуть осциллограмму по оси значений ; внутренней ручкой осциллографа ''время/дел.'' передвинуть осциллограмму по оси времени, ручка ''уров.'' Используется для остановки сигнала. Установить цену делений с помощью внешней ручки ''V/ дел.'' Рассчитать полный период по делениям, для чего на внешней ручке ''время/дел.'' определить время в мсек. (кнопка отпущена). Полный период будет равен произведению цены деления на время. 4. Вычислить частоту n по формуле : n= 1/ Т 5. При последовательном соединении резистора ( дифференцирующая цепь ) зарисовать осциллограммы для различных значений R. Величина R измеряется миливольтметром при В2 - не нажата и при отключенных от резистора проводов осциллографа ( выбираются приблизительные значения R = 0,5; 15 ; 40 ; 115 кОм , в них осциллограммы имеют наглядные изменения ). Заземлённые провода осциллографа ( более тёмного цвета ) подключать к зажиму А схемы 1. Кнопка В2 нажата , В1 - нажата. 6. Аналогично при тех же значениях R зарисовать осциллограммы для интегрирующей цепи . Заземлённые провода осциллографа подключать к зажиму О схемы. Обработка результатов: Для каждого графика определить параметр RC и рассчитать коэффициент усиления Ку (RC) II Выполнение работы на компьютере : Снять характерные осциллограммы напряжений для диференцирующей и интегрирующей звеньев при постоянном параметре RC и различных частотах.

Компьютерная схема 2. Сигналы для этой схемы получаются в прямоугольной форме. Методика выполнения работы. Смоделировать схему RC цепи в программе WB5 1. В качестве источника сигнала взять генератор прямоугольных импульсов. Установить частоту , значение сопротивлений "0.5;15;40;115 кОм." и емкость конденсатора "0.1мкФ." 2. зарисовать осциллограммы и рассчитать Ку (n) Для построения графика Ку (n) используем схему 3 ,сигналы для которой получаются в синусоидальной форме.

3. Снять частотные характеристики RC цепей и заполнить таблицу :

V , Гц	UВХ , В	интегрирующая цепь		дифференц. цепь
		UВЫХ , В	КУ (n)	UВЫХ , В	КУ (n)
10 100 1000 ......... 2000

4. По полученным данным построить график КУ (n ) - амплитудно-частотная характеристика для интегрирующей и дифферинцирующей цепей 5. подключить к схеме 3 ( Oscilloscope ) 6. Определить сдвиг фаз от частоты по осциллоскопу и получть график Ку(n) на Bode Plotter Плоттер - устройство , которое имеет генератор сигнала синусоидальной формы с постоянной амплитудой и переменной частотой , изменяющейся во времени по линейному закону в пределах , которые устанавливают в окнах Horisontal F ( верхний предел - задаётся 10кГц ) и I ( нижний предел - задаётся 10 Гц ). Этот сигнал снимается с полюсов плоттера IN и подают на вход. Сигнал с выхода подают на полюсы плоттера OUT. Если напряжение мерится относительно земли, то вторые клемы входа и выхода заземляются. С помощью плоттера можно получить коэффициент усиления и сдвиг фаз для любой цепи. На плотторе устанавливаются параметры по оси У (vertical) - log , а по оси Х (horizontal)- lin. 7. Используя схему 3 , подключённую к осциллографу , определить полный период и сдвиг фаз между осциллограммами дифференцирующей и интегрирующей цепей. Для этого удобнее воспользоваться окном ZOOM. С помощью двигающихся вертикальных линий 1 и 2, установленных на пересечении одной из осциллограмм с осью, определяется период Т(сек) ''Т2-Т1'' ; сдвиг фаз между осциллограммами получаем устанавливая вертикальные линии 1 и 2 на пересечение с осью двух осциллограмм. Обработка результатов: С помощью закона Ома рассчитать ( вручную и на компьютере ) КУ для дифференцирующей и интегрирующей цепей при определённо заданной преподавателем частоте , используя следующие формулы : 1) для дифференцирующей цепи: 2) для интегрирующей цепи : Примечание : 1) UВХ = 120 В = const ; 2) R , C - данные , которые снимаются со схемы компьютера ; 3) необходимо перевести заданную частоту (n , Гц ) в радианы ( w, рад ).