- •Методичні вказівки
- •Лабораторна робота № 1 дослідження характеристик електричних сигналів
- •Стислі теоретичні відомості
- •2. Завдання для самостійної роботи
- •3. Варіанти індивідуальних завдань
- •4. Порядок оформлення звіту
- •5. Контрольні питання
- •Лабораторна робота № 2 дослідження проходження сигналів крізь диференціюючи кола
- •1. Стислі теоретичні відомості
- •2. Завдання для самостійної роботи
- •3. Порядок оформлення звіту
- •4. Контрольні питання
- •Лабораторна робота № 3 дослідження проходження сигналів крізь інтегруючі кола
- •1. Стислі теоретичні відомості
- •2. Завдання для самостійної роботи
- •3. Порядок оформлення звіту
- •4. Контрольні питання
- •Лабораторна робота № 4 лінійні резистивні кола в режимі постійного струму
- •1. Стислі теоретичні відомості
- •2. Завдання для самостійної роботи
- •3. Порядок оформлення звіту
- •4. Контрольні питання
- •Лабораторна робота № 5 розрахунок електричних кіл методом контурних струмів
- •1. Стислі теоретичні відомості
- •2. Завдання для самостійної роботи
- •Варіанти індивідуальних завдань
- •3. Порядок оформлення звіту
- •2. Завдання для самостійної роботи
- •Варіанти індивідуальних завдань
- •3. Порядок оформлення звіту
- •2. Завдання для самостійної роботи
- •Варіанти індивідуальних завдань
- •3. Порядок оформлення звіту
- •4. Контрольні питання
- •Лабораторна робота № 8 метод комплексних амплітуд
- •1. Стислі теоретичні відомості
- •1.1 Поняття про символічний метод
- •1.3 Основні положення символічного методу аналізу
- •2. Завдання для самостійної роботи
- •3. Варіанти індивідуальних завдань
- •4. Порядок оформлення звіту
- •Контрольні питання
- •Лабораторна робота № 9 частотні характеристики електричних кіл
- •1. Стислі теоретичні відомості
- •1.2 Амплітудно-частотні і фазочастотні характеристики
- •2. Завдання для самостійної роботи
- •3. Варіанти індивідуальних завдань
- •4. Порядок оформлення звіту
- •1.2 Класичний метод розрахунку перехідних процесів
- •1.3 Загальна схема застосування класичного методу
- •2. Завдання для самостійної роботи
- •3. Варіанти індивідуальних завдань
- •4. Порядок оформлення звіту
- •1.2 Визначення реакції електричного кола на вхідну дію
- •2. Завдання для самостійної роботи
- •4. Порядок оформлення звіту
- •Завдання для самостійної роботи
- •3. Порядок оформлення звіту
- •4. Контрольні питання
- •Література
Лабораторна робота № 1 дослідження характеристик електричних сигналів
Мета роботи: дослідження основних параметрів електричних сигналів різноманітної форми за допомогою пакету комп’ютерного модулювання Multisim 8.
Стислі теоретичні відомості
Електричним сигналом є складний електричний процес, що несе в собі інформацію. Кількість інформації, яка може бути передана за допомогою деякого сигналу, залежить від основних його параметрів: тривалості, смуги частот, потужності і деяких інших характеристик.
Сигнали діляться на детерміновані і випадкові. Детермінований сигнал - це сигнал, параметри і миттєве значення якого в будь-який момент часу можуть бути передбачені з вірогідністю до одиниці. Прикладами детермінованих сигналів є імпульси або пачки імпульсів, форма, значення положення в часі яких відомі (рис. 1.1, а - е), а також безперервний сигнал із заданими амплітудними і фазовими співвідношеннями всередині його спектру (рис. 1.1, ж, з). Детерміновані сигнали підрозділяються на періодичні і неперіодичні.
Періодичним називається будь-який сигнал, для якого виконується умова и (t) = и( t+ kT), де Т - період проходження, а k - будь-яке ціле число. Простим періодичним детермінованим сигналом є гармонійне коливання, наприклад, напруга, визначувана законом и (t) = Um sin( t - φ), де Um,, T, ω = 2/Т, φ - амплітуда, період, кругова частота і початкова фаза коливань.
Будь-який складний періодичний сигнал може бути представлений у вигляді суми гармонійних коливань з частотами, кратними основній частоті ω = 2/Т.
Неперіодичним детермінованим сигналом називається будь-який детермінований сигнал, для якого не виконується умова и((t) = и(t+ kT). Прикладами таких сигналів можуть служити імпульси, пачки імпульсів, обривки гармонійних коливань і т.д.
До випадкових сигналів відносяться сигнали, значення яких заздалегідь невідомі і можуть бути передбачені лише з деякою вірогідністю. Надалі розглядатимемо тільки детерміновані імпульсні і синусоїдальні сигнали. На практиці найчастіше використовують імпульси прямокутної, трапецеїдальної, трикутної, пилкоподібної, експоненціальної, дзвіноподібної форми (рис. 1.1, а - е). На рисунку зображені імпульси ідеальної форми, які слід розглядати як зразки імпульсів реальної форми.
Періодична послідовність імпульсів характеризується періодом повторення (проходження) Т - відрізком часу між початком двох сусідніх однополярних імпульсів. Відношення тривалості імпульсу до періоду повторення називають коефіцієнтом заповнення, тобто k3 = tи/T. Коефіцієнт заповнення зазвичай лежить в межах від 0.5 до 10-4. Малі значення коефіцієнта заповнення характерні для пристроїв радіолокацій, найбільші - для пристроїв обчислювальної техніки.
Рисунок 1.1
Періодична послідовність імпульсів характеризується також середнім значенням напруги, струму або потужності (постійною складовою), по яких оцінюють енергетичну дію імпульсного сигналу на навантаження. При цьому розрізняють середнє значення імпульсу за період і за час тривалості імпульсу. Середнє значення напруги, струму і потужності імпульсного сигналу за період при активному навантаженні отримуємо з рівнянь:
; (1)
Iср = кз Iи ; Рср = кзРи ,
де u(t) - аналітичний вираз форми кривої напруги імпульсу;Uи, Iи, Ри відповідно середнє значення напруги, струму і потужності за час тривалості імпульсу.
. (2)
Значення напруги послідовності імпульсів, що діє (ефективне), за період визначається формулою
. (2)
Крім параметрів періодичної послідовності імпульсів важливе значення мають параметри форми імпульсів. Характерними ділянками імпульсу, що визначають його форму, є (рис. 1.2): передній фронт 1-2, вершина 2-3, задній фронт 3-4.
імпульсу Um.
При оперуванні з реальними імпульсами вимірювання проводяться на рівні 0,1Um або 0,5Um, рахуючи від основи імпульсу. В імпульсних пристроях автоматики тривалість імпульсів лежить в межах 10-9...1 с. Інтервали часу, які відповідають тривалості переднього tф+ і заднього tф- фронтів імпульсу, зазвичай відлічують між рівнями 0,1Um ...0,9Um і 0,9Um ...0,1Um. Це активна тривалість переднього і заднього фронтів імпульсу, які складають (5-20%) tи. Чим менше відношення tф+/tи и tф-/tи, тим ближче форма імпульсу наближається до прямокутної. Постійність вершини імпульсу протягом його тривалості є однією з найважливіших вимог до формувачів і генераторів імпульсів. Проте, через недосконалість названих пристроїв спостерігається деякий спад вершини імпульсу Um. Часто замість абсолютного значення спаду використовують відносне, визначуване відношенням Um/Um. У деяких імпульсів (трикутних, експоненціальних і ін.) плоска вершина відсутня і в точці вершини фронт переходить відразу в зріз. Спад вершини імпульсу бажано мати як найменшим. Часто потрібно, щоб Um було не більш (0,01 ... 0,005)Um.
Змінна напруга синусоїдальної форми характеризується миттєвим і середньоквадратичним (діючим) значеннями напруги, амплітудою Um, частотою ω і фазою φ:
u(t) = Um sin (ωt + φ).
Миттєве значення и можна виміряти по осцилограмі, середньо-квадратичне Uд і амплітудне Um обчислити або виміряти відповідним вольтметром.
Амплітудне значення Um - максимальне значення напруги зі всіх значень за період.
Діюче значення синусоїдальної напруги дорівнює
. (3)
На практиці використовують також параметр середньовипрямленого значення
, (4)
де кф – коефіцієнт форми, ка – коефіцієнт амплітуди.
Для синусоїдальної напруги кф = 1,11. Якщо ж сигнал має форму, відмінну від синусоїдальної, то він характеризується піковим значенням в позитивній і негативнійпівхвилях (рис. 1.1, з), діючим,середньо випрямленим значеннями. При сигналі складної форми, коли є багато гармонійних складових, його діюча напруга дорівнює
. (5)
У лабораторній роботі досліджуватимуться тільки імпульсні сигнали (рис. 1.1, а – в).
Схема експерименту
До складу віртуального лабораторного макету, який потрібно зібрати за допомогою пакету комп'ютерного моделювання Multisim 8 (WorkBench), входять генератор імпульсів спеціальної форми і осцилограф.
Генератор імпульсів спеціальної форми виробляє імпульси прямокутної, трапецеїдальної і трикутної форм.