Изучение простейших RC цепей

ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИЗУЧЕНИЕ ПРОСТЕЙШИХ RC- ЦЕПЕЙ *

(компьютерный вариант)

1. Открыть программу Electronics Workbench и открывая поочередно файлы: *rc-ФНЧ *, rc-ФВЧ, rc-ПФ(Вина)*, rc-РФ из папки Schemi, проделать следующие операции.

2. Снять амплитудно-частотные (АЧХ) и фазово-частотные (ФЧХ) характеристики цепей при заданных на схемах параметрах. Для этого надо активировать Bode Plotter щелкнув open в его контекстном меню, а из линейки инструментов вызвать на экран Displey Graphs и в режиме Bode включить питание макета (в правом верхнем углу). Чтобы появившиеся графики имели приемлемый масштаб, с помощью контекстных меню в Analysis Graphs и кнопок управления Bode Plotter выставить амплитудные пределы АЧХ и пределы изменения фазы ФЧХ. В дальнейшем необходимо выставлять пределы переменных на применяемом приборе такие, чтобы было удобно наблюдать и обрабатывать получающиеся графики и осциллограммы (если в задании нет конкретных указаний относительно их значений).

Далее, вызвав на графики измерительные курсоры из линейки инструментов графопостроителя (Bode), произвести снятие экспериментальных данных. Полученные данные оформить графически, причем, для частотной оси использовать логарифмический масштаб. Допускается регистрация полученных кривых на внешний носитель с последующей печатью, однако при этом для частотной оси должен быть использован логарифмический масштаб (лог. сетка на панели инструментов графопостроителя).

Методические указания к лабораторной работе

Владивосток

Издательство Дальневосточного университета

УДК 621.369

Настоящая работа содержит методические указания к выполнению лабораторной работы “изучение простейших RC цепей”.

Пособие предназначено для студентов физического и геофизического факультетов, изучающих курс “Общая радиоэлектроника и электротехника”.

Составитель - А.С. Абрамов, доцент кафедры электроники

Печатается по решению кафедры электроники

ИФИТ ДВГУ

ã Издательство

Дальневосточного

университета

2005.

ИЗУЧЕНИЕ ПРОСТЕЙШИХ RC ЦЕПЕЙ.

К простейшим RC цепям, получившим широкое распространение в практике, можно отнести интегрирующую (рис.1-а) и дифференцирующую (рис.1-б) цепи, цепь Вина (рис.1-в) и двойной Т-образный мост (рис1-г).

В стационарном режиме работы эти цепи, как известно, характеризуются комплексными коэффициентами передачи, соответственно:

, а затем в генераторе устанавливать частоты такие, чтоб длительности импульсов были (1), Т= (2),

0.1 (3), , 1 (4)

Граничные (для ФНЧ и ФВЧ) и квазирезонансные (для ПФ и ЗФ) частоты определяются формулой

В частотном пространстве эти цепи известны, если рассматривать их в том же порядке, как фильтр низких частот (ФНЧ), фильтр высоких частот (ФВЧ), полосовой фильтр (ПФ) и режекторный фильтр (РФ). Соответствующие графики амплитудно-частотных характеристик приведены на рис.2.

В переходном режиме (при воздействии на вход RC цепей ступенчатого напряжения) отклики интегрирующей и дифференцирующей цепей описываются, соответственно, уравнениями:

, и 10 (5)

, где (Т-период сигнала).

По выходному сигналу дифференцирующей цепочки при Т=0.1, (6)

где Е – амплитуда ступеньки, а

определить постоянную

этой цепи.

4.По графикам для всех цепей найти их граничные частоты, а для ПФ и РФ еще и квазирезонансные частоты. Эти характеристики цепей рассчитать теоретически и сравнить с экспериментальными. Объяснить все полученные результаты..

Характер вышеуказанных откликов качественно отображается кривыми а) и б) на рис.3. Как видно из уравнений (1) и (5), завал частотной характеристики в области высоких частот, характерный для интегрирующей цепи, отражается на переходной характеристике затягиванием фронта подаваемого ступенчатого напряжения. Линейный начальный участок (при
t << t) кривой а) на рис.2 может быть представлен как результат интегрирования постоянного напряжения Е. Ввиду этого данную цепочку и называют интегрирующей. На больших временных отрезках реальный ход переходной кривой существенно отличается от идеальной интегральной кривой.

Аналогичное сравнение частотной и переходной характеристик дифференцирующей цепи (кривая 2 на рис. 2 и кривая б на рис. 3) показывает, что результатом плохой передачи цепочкой низких частот является завал вершины входного импульса. При большой длительности (t << t) входного импульса характер отклика примерно соответствует производной от входного напряжения, что и послужило причиной назвать рассматриваемую цепочку дифференцирующей.

Цепочка Вина находит широкое применение при построении лабораторных RC генераторов, а двойной Т-мост—как высокодобротный заграждающий (режекторный) фильтр.

ЛАБОРАТОРНЫЙ МАКЕТ

Макет содержит набор изучаемых RC цепей (1-2-3-4), схемы которых изображены на его передней панели, встроенный генератор прямоугольных импульсов (ГПИ) с изменяемым периодом (0.1мс – 1мс – 10мс) и контрольным гнездом Г2, входное Г1 и выходное Г3 сигнальные гнезда, а также переключатели П1, П2 для коммутации изучаемых цепей и П3 для изменения периода сигнала ГПИ и тумблер включения блока питания макета.

ЗАДАНИЕ

1. Снять амплитудно-частотные характеристики всех RC цепей изображенных на лицевой стороне макета.

Для этого входное гнездо Г1 соединить с выходом лабораторного генератора гармонических сигналов, а гнездо Г3 – с входом вольтметра, переключатель П1 установить в верхнее по схеме положение, а переключателем П2 выбрать RC цепь, подлежащую изучению. Установить рабочий диапазон вольтметра и выходное напряжение генератора равными 1 Вольту. Изменяя частоту генератора записывать показания вольтметра, которые при вышеуказанных условиях будут численно равны коэффициенту передачи. При этом напряжение генератора не изменять. Диапазон изменения частоты для каждой цепи выбирать таким, чтобы коэффициент передачи (показания вольтметра) изменялся от максимального до 0,1 этого значения. Например, для RC фильтра низкой частоты (ФНЧ) максимум коэффициента передачи равен 1 и достигается на низких частотах, следовательно, при снятии частотной характеристики этой цепи надо последовательно увеличивать частоту и записывать ее величину при значениях функции: 1; 0.9; 0.8; 0.7; 0.6; 0.5; 0.4; 0.3; 0.2; 0.1. Для фильтра высоких частот (ФВЧ), очевидно, этот ряд отсчетов получится при движении в сторону низких частот.

В любом случае прежде, чем снимать показания, полезно качественно представить поведение частотной характеристики изучаемой цепи. Для этого необходимо грубо в больших пределах поварьировать частоту генератора следя за показаниями вольтметра.

Полученные данные оформить графически. Для частотной оси целесообразно использовать логарифмический масштаб, а для оси коэффициента передачи - линейный.

2. Изучить переходные характеристики RC фильтра низких частот (интегрирующая цепь) и RC фильтра высоких частот (дифференцирующая цепь). Для этого переключателем П2 выбрать соответствующую цепь, переключатель П1 установить в нижнее по схеме положение, а выход макета подключить ко входу осциллографа. Для трех значений периода сигнала ГПИ (П3) зарисовать вид выходных сигналов с экрана осциллографа. По осциллограммам определить постоянные времени для обеих изучаемых цепей.

3. Пользуясь параметрами элементов, приведенными на макете, рассчитать для всех цепей граничные и квазирезонансные частоты, а для ФНЧ и ФВЧ еще и постоянные времени и сравнить полученные данные с экспериментальными, найденными из осциллограмм.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Что такое RC-фильтры и чем определяются их названия?

2.Дать критерий для определения полос пропускания и формулу для граничной и квазирезонансной частот изучаемых RC-цепей.

3.Пояснить происхождение терминов “интегрирующая цепь” и “дифференцирующая цепь” и указать условия применимости этих терминов к соответствующим RC-цепям.

4.Указать области применения изучаемых RC-цепей.

ЛИТЕРАТУРА

1. Зернов Н.В., Карпов В.Г. Теория радиотехнических цепей.-Л.:Энергия, 1972.

2. Бонч-Бруевич А.М. Радиоэлектроника в экспериментальной физике.-М.: Наука,1966.

ЗАДАНИЕ

К лабораторной работе *ИЗУЧЕНИЕ ПРОСТЕЙШИХ RC-ЦЕПЕЙ *

(компьютерный вариант)

3.Извлечь поочередно файлы *RC-ИНТЕГР. *, *RC-ДИФФ. *и зарисовать сигналы на выходе этих цепей при поступлении на их входы импульсов прямоугольной формы разной длительности. Вначале рассчитать для каждой цепи их постоянные времени , а затем в генераторе устанавливать частоты такие, чтоб длительности импульсов были Т= 0.1 , 1 , и 10 , где (Т-период сигнала).

По выходному сигналу дифференцирующей цепочки при Т=0.1 определить постоянную этой цепи.

Учебное издание