Министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Московский технический университет связи и информатики»

Кафедра Теории электрических сетей

Лабораторная работа №33

«Исследование активных интегрирующих и дифференцирующих цепей»

1.Задание

Цель лабораторной работы

С помощью машинного эксперимента получить форму напряжения на выходе активных интегрирующих и дифференцирующих цепей при различных формах напряжения на входе. Сравнить полученные характеристики с помощью программы Micro-Cap, с аналогичными характеристиками, полученными расчетным путем

Задание на лабораторную работу

Нарисовать кривые напряжения на входе и выходе интегрирующей цепи, показанной на рисунке 1, если входное напряжение имеет синусоидальную форму, прямоугольную и треугольную форму соответственно. Принять К1 = 10.

Рисунок 1 – Интегрирующая цепь

Рассчитать комплексную передаточную функцию Н для активной цепи (рисунок 2). Нарисовать кривые напряжения на входе и выходе активной интегрирующей цепи, показанной на рисунке 2, если входное напряжение имеет синусоидальную форму, С = 100 нФ, R = 1 кОм.

Рисунок 2 – Активная интегрирующая цепь

Нарисовать кривые напряжения на входе и выходе дифференцирующей цепи, показанной на рисунке 3, если входное напряжение имеет синусоидальную форму, прямоугольную форму и треугольную форму соответственно. Принять К2 = 6.

Рисунок 3 – Дифференцирующая цепь

Рассчитать комплексную передаточную функцию Н Для активной цепи (рисунок 4). Нарисовать кривые напряжения на входе и выходе дифференцирующей цепи, показанной на рисунке 4, если входное напряжение имеет синусоидальную форму, С = 100 нФ, R = 1 кОм.

Рисунок 4 – Активная дифференцирующая цепь

2.Ход выполнения лабораторной работы

2.1 Предварительный расчет

1) Входное напряжение:

u₁(t)=U_msin(2πft),- синусоидальное входное напряжение

где U_m=1 B- амплитуда входного напряжения;

f=2кГц- частота входного напряжения

tϵ[0;1] мс- время

u₁(t) – прямоугольное входное напряжение

VZERO = 1 – минимальное значение, B;

VONE = 1 – максимальное значение, B;

P1 = 0 – начало переднего фронта, с;

P2 = 0 – начало плоской вершины импульса, с;

P3 = 0.25e-3 – конец плоской вершины импульса, c;

P4 = 0.25e-3 – момент достижения уровня VZEO, с;

P5 = 0.5e-3 – период следования импульсов, c;

U₁(t) – треугольное входное напряжение;

VZERO = -1, VONE = 1, P1 = 0, P2 = 0.25e-3, P3 = 0.25e-3, P4 = 0.5e-3, P5 = 0.5e-3.

2) Для интегрирующих цепей

u₂(t)=K₁ ,

где u₂(t)- выходное напряжение;

K₁- коэффициент пропорциональности.

3) Для активной интегрирующей цепи

U₂ U₁- комплексный ток

4) Для дифференцирующей цепи

u₂(t)=K₂

где u₂(t)- выходное напряжение

K₂- коэффициент пропорциональности

5) Для активной дифференцирующей цепи

U₂= -jωRCU₁

Анализ интегрирующей цепи при синусоидальном воздействии

На рисунке 1 представлена схема интегрирующей цепи при синусоидальном воздействии.

Рисунок 1 – Схема интегрирующей цепи при синусоидальном воздействии

На рисунке 2 представлен график синусоидального напряжения на входе и выходе интегрирующей цепи от времени t.

Рисунок 2 – График синусоидального напряжения на входе и выходе интегрирующей цепи от времени t

Анализ интегрирующая цепь при прямоугольном воздействии

На рисунке 3 представлена схема интегрирующей цепи при прямоугольном воздействии.

Рисунок 3 – Схема интегрирующей цепи при прямоугольном воздействии

На рисунке 4 представлен график зависимости импульсивного источника и выходного напряжения.

Рисунок 4 – График зависимости импульсивного источника и выходного напряжения

Анализ интегрирующая цепь при треугольном воздействии

На рисунке 5 представлена схема интегрирующей цепи при треугольном воздействии.

Рисунок 5 – Схема интегрирующей цепи при треугольном воздействии

На рисунке 6 представлены графики зависимости напряжения на выходе операционного усилителя и импульсного источника.

Рисунок 6 – Графики зависимости напряжения на выходе операционного усилителя и импульсного источника

Анализ дифференцирующей цепи при синусоидальном воздействии

На рисунке 7 представлена схема дифференцирующей цепи при синусоидальном воздействии.

Рисунок 7 – Схема дифференцирующей цепи при синоиусоидальном воздействии.

На рисунке 8 представлены графики зависимости напряжений на выходе и выходе дифференцирующей цепи от времени t.

Рисунок 8 – Графики зависимости напряжений на выходе и выходе дифференцирующей цепи от времени t

Анализ дифференцирующей цепи при прямоугольном воздействии

На рисунке 9 представлена схема дифференцирующей цепи при прямоугольном воздействии

Рисунок 9 – Схема дифференцирующей цепи при прямоугольном воздействии

На рисунке 10 представлены графики зависимости напряжений на выходе и выходе дифференцирующей цепи от времени t.

Рисунок 10 – Графики зависимости напряжений на выходе и выходе дифференцирующей цепи от времени t

Анализ дифференцирующей цепи при треугольном воздействии

На рисунке 11 представлена схема дифференцирующей цепи при треугольном воздействии

Рисунок 11 – Схема дифференцирующей цепи при треугольном воздействии

На рисунке 12 представлены графики зависимости напряжений на выходе и выходе дифференцирующей цепи от времени t.

Рисунок 12 – Графики зависимости напряжений на выходе и выходе дифференцирующей цепи от времени t

3.Вывод

С помощью машинного эксперимента получена форма напряжения на выходе активных интегрирующих и дифференцирующих цепей при различных формах напряжения на входе. Сравнены полученные характеристики с помощью программы Micro-Cap, с аналогичными характеристиками, полученными расчетным путем

4.Ответы на вопросы

1) Какие цепи являются интегрирующими? Приведите пример.

Интегрирующие цепи – такие цепи, у которых выходное напряжение пропорционально интегралу входного напряжения.

Пример:

• Нелинейный интегратор.

• Фильтр нижних частот.

• Линии задержки сигналов.

2) Какие цепи являются дифференцирующими? Приведите пример.

Дифференцирующие цепи – такие цепи, у которых выходной сигнал прямо пропорционален производной входного сигнала.

Пример:

• Фильтр верхних частот.

3) В каких случаях применяются интегрирующие цепи?

Интегрирующие цепи применяют для выполнения операций интегрирования в аналоговых вычислительных устройствах.

4) В каких случаях применяются дифференцирующие цепи?

Дифференцирующие цепи применяют тогда, когда требуется преобразовать входное напряжение в сигнал, изменяющийся по закону производной входного напряжения.

5) Нарисуйте схему интегратора на ОУ и выведите его передаточную функцию Н?

6) Нарисуйте схему дифференциатора на ОУ и выведите его передаточную функцию Н?

Список использованных источников

1. ГОСТ 7.32-2017 Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Отчет о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления. - URL: https://files.stroyinf.ru/Index/655/65555.htm

2. Фриск В.В., Логвинов В.В. Основы теории цепей, основы схемотехники, радиоприемные устройства. Лабораторный практикум на персональном компьютере. – М.: СОЛОН-ПРЕСС 2008, 609 с.