2. Завдання для самостійної роботи

1. Зібрати схему віртуального лабораторного макету, який включає генератор спеціальної форми і осцилограф.

2. Записати аналітичну залежність и(t) для кожного імпульсу або окремих його частин. Параметри імпульсів задаються викладачем.

3. Знайти активну тривалість імпульсу. Для цього необхідно розв’язати рівняння и(t) = 0,1U_m при t = і и(t) = 0,1U_m при , деі- момент часу відповідно на передньому і задньому фронтах імпульсу, при яких амплітуда імпульсу дорівнює 0,1U_m. З отриманих рішень визначають параметри та . Активна тривалість імпульсу складаєt_{a =} - .

4. Знайти тривалість переднього і заднього фронтів імпульсу, які визначаються в інтервалі змін напруги фронтів від 0,1U_m до 0,9U_m. Для цього потрібно розв’язати рівняння и(t) = 0,1U_m при і ;и(t) = 0,9U_m при і, з яких знаходять значення , ,,. Тривалість переднього і заднього фронтів визначають за формулами:- ,=-.

5. Визначити параметри заданих сигналів (прямокутної, трапецеїдальної або трикутної форми).

6. Накреслити осцилограми заданих імпульсів.

7. Порівняти результати з розрахунками.

3. Варіанти індивідуальних завдань

Варіанти індивідуальних завдань задаються викладачем.

4. Порядок оформлення звіту

1. Постановка завдання і мета роботи.

2. Стислі теоретичні відомості.

3. Хід виконання роботи.

4. Таблиці, графіки, результати розрахунків.

5. Висновки.

5. Контрольні питання

1. Які сигнали називаються детермінованими і випадковими.?

2. Якими параметрами характеризуються електричні сигнали?

3. Що таке активна тривалість імпульсу?

4. Як визначаються тривалість фронту і зрізу імпульсу?

5. Що таке спад вершини імпульсу?

6. Як визначається приведена енергія імпульсу?

7. Що таке коефіцієнт заповнення?

8. Що таке середнє і діюче значення напруги імпульсної послідовності?

9. Що таке коефіцієнт амплітуди?

10. Що таке коефіцієнт форми?

11. Якими параметрами імпульсів та імпульсних послідовностей може передаватися інформація?

12. Якими параметрами гармонійних сигналів може передаватися інформація?

Лабораторна робота № 2 дослідження проходження сигналів крізь диференціюючи кола

Мета роботи: дослідження електричних процесів при проходженні імпуль-сних сигналів різної форми крізь диференціююче коло за допомогою пакету комп’ютерного модулювання Multisim 8.

1. Стислі теоретичні відомості

У електронних пристроях знаходять широке застосування електричні кола, що формують напругу однієї форми з напруги іншої. Таку задачу можна вирішити, використовуючи лінійні елементи, параметри яких (активний опір, ємність, індуктивність, взаємна індуктивність) не залежать від значень і напрямів струмів, що проходять, і прикладеної напруги. Струм в такому колі пропорційний вхідній напрузі, тобто залежність між ними зображується прямою лінією.

При дії на вході лінійного електричного кола синусоїдальної напруги на всіх його елементах також буде синусоїдальна напруга. Якщо ж на вході лінійного кола, що містить частотнозалежні елементи (наприклад, конденсатор, індуктивна котушка), діє напруга, що є сумою гармонік різних частот, то форма напруги на його елементах не повторює форму вхідної напруги. Це пояснюється тим, що гармоніки вхідної напруги по-різному пропускаються цим колом. При цьому співвідношення між їх амплітудами, а також фазами на вході кола і його елементах неоднакові. Дана властивість використовується при формуванні імпульсів за допомогою лінійних кіл. Властивості лінійних кіл з частотнозалежними елементами використовуються при побудові диференцію-ючих кіл.

Проста схема диференціюючогоRC- кола зобра-жена на рис. 2.1. Струм через конденсатор С такого кола пов'язаний з напругою на нім диференціальною залежністю i_c = C(du_с/dt). Напруга на виході схеми

и_вых= i_cR = RC(du_с/dt) = τ (du_c/dt), де τ = RC - постійна

Рисунок 2.1 часу кола. Оскільки и_c = u_вх - и_вых, то

и_вых = (u_вх - и_вых) =. (1)

Перша складова виразу (1) є корисний результат диференціювання, друга - помилка. Остання зменшується із зменшенням τ, але при цьому однаково зменшується і корисний результат.

Помилка відсутня, якщо du_вых/dt = 0, тобто коли и_вых = U = const. Це пояснюється тим, що в цьому випадку напруга на конденсаторі С (и_с = и_вх – U) змінюється за тим самим законом, що і и_вх. Тому

(u_вх - U )=;и_вых = , (2)

тобто вихідна напруга пропорційна похідній вхідної напруги.

Таким чином, коли на вході кола (рис. 2.1) діє постійна напруга и_вх = U_т або лінійно змінюється, , то результат диференціювання дорівнює нулю або постійному відмінному від нуля значенню, а стала вихідна напруга є результатом її безпомилкового диференціювання (рис. 2.2, а, б).

При дії на вхід диференціюючого кола імпульсу прямокутної форми з нескінченно крутим фронтом вихідна напруга буде дорівнювати:

и_вых = U_m,(3)

Рисунок 2.2

тобто одержуємо формулу розряду конденса-тора С на активному опорі R, яка описує експоненціальне убиваючу форму вихідного сигналу. В межах дії імпульсу конденсатор С

буде заряджатися за рахунок струму, що проті-

кає в RС - колі. При цьому вихідна напруга буде меншою вхідної на значення напруги на конденсаторі. Відбувається завал (сколювання) вершини імпульсу.

Після припинення дії вхідного імпульсу конденсатор C розряджається через резистор R, формуючи на ньому імпульс негативної полярності.

Припускаючи, що вихідний опір живлячого генератора дорівнює нулю, падіння напруги на резисторі R, при розряді конденсатора, можна записати у вигляді

и_вых = и_с = - U_с= U_вых. (4)

Знайдемо відносну величину сколювання вершини імпульсу:

_в = . (5)

На практиці в більшості випадків _в<<;1, тому виходячи з наближеного співвідношення 1 - е ^–х х при х << 1, можна записати

_в =.(6)

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 виробляє імпульси прямокутної і пилкоподібної форми.

Диференціююче коло складається з конденсатора і резистора, значення яких змінюються в ході роботи.