Laba_3г

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Российский государственный педагогический университет им. А.И.Герцена

Факультет технологии и предпринимательства

Кафедра основ производства и предпринимательства

Лабораторная работа №3 на тему «Прохождение сигналов через RC- иRL-цепи»

по дисциплине «Радиотехника»

Работу выполнила студентка ФТиП 3 курса 2 группы Ходкина Наталья

Преподаватель: Жаркой А.Б.

Санкт-Петербург 2014

Цель работы:

Исследовать прохождение различных электрических сигналов через линейные переходные или формирующие RC- и RL-цепи. Изучить АЧХ таких цепей, научиться оценивать искажения выходных сигналов по схеме цепи, ее параметры и АЧХ. Выяснить влияние параметров источников и нагрузки на искажения.

Основная схема:

Подробное объяснение соединения клемм:

Задание 2.1

Для дифференцирования прямоугольных импульсов RL-цепью на вход цепи, составленной из R₃L₁ (L₁=L_1max) подать прямоугольные импульсы (U_m= (3÷5)В, v=1000 Гц, τ_n=50µс) от генератора стенда ЛРС-1р (клеммы 4, 9 и 11). На выход цепи подключить осциллограф (клеммы 11 и 12).

Задание 2.2

Для дифференцирования прямоугольных импульсов RC-цепью от генератора стенда ЛРС-1р прямоугольные импульсы частотой 1кГц, длительностью 50 µс и амплитудой 3÷5 В подать на вход цепи, составленной из элементов C₂ и R₁макета (клеммы О₁ и 4, затем 6 и 3). Подключить на выход цепи электронный осциллограф (клеммы О_iи 12, затем убрав О_i)

Задание 2.3

Для исследования частотной зависимости коэффициента передачи дифференцирующих цепей в схеме задания 2.2 заменить импульсный генератор на Г3-36 (U_г=1В), а вместо электронного осциллографа включить В3-38 (клеммы 3,4,7,12).

Задание 3.1

Для интегрирования сигналов простой RC-цепью на интегрирующую цепь, составленную из элементов макета С₄ иR₅ (R₅=50 кОм – установить вольтомметром ВК7-9) подать от генератора стенда ЛРС-1р прямоугольные импульсы амплитудой (3÷5) В, частотой 1кГц и длительностью 50µс (клеммы 4,14, перемычка 16 и О₃). На выход схемы включить электронный осциллограф (клеммы 12,13).

Задание 3.2

Чтобы получить частотную зависимость коэффициента передачи интегрирующей RC-цепи в схеме предыдущего задания заменить импульсный генератор на Г3-36 (U=1В), а вместо осциллографа включить милливольтметр В3-38 (клеммы 4,12,13,14,перемычка 16 и О₃).

Задание 3.3

Для интегрирования однотонального АМВЧ пульсирующего сигнала сложной RC-цепью соединить клеммы 1,2,12,13, перемычкой 14 и О₂', перемычкой 17 и О₃.

Задание 3.5

Для интегрирования однотонального АМВЧ пульсирующего сигнала сложной RL-цепью соединить клеммы 1,4,12 и 22, перемычкой 21 и О_3, перемычкой О₂' и 15, затем соединить еще О₂.

Задание 2.1 Дифференцирование прямоугольных импульсов RL-цепью

Амплитуда U_m=4,9В.

Амплитуда положительных импульсов U_m⁺=2В,

отрицательныхU_m^- =1,9В.

Длительность положительнаяτ_n⁺=26,

отрицательная τ_n^- =26.

τ=L/R

L_min=25 мГн

R₃=6,8 к

τ =25×10^-3 =3,5×10^-6с=3,5 мкс

6,8 ×10³

L_max=75 мГн

τ =75×10^-3 =11×10^-6с=11мкс

6,8 ×10³

Вывод: Можно сделать вывод о том, что после прохождения через дифференцирующую цепочку в формировании выходного сигнала в большей степени участвуют высокие частоты, отвечающие за резкий фронт прямоугольных импульсов.

Задание 2.2 Дифференцирование прямоугольных импульсов RL-цепью

Амплитуда U_m=8В.

Амплитуда положительных импульсов U_m⁺=4В,

отрицательных U_m^- =4В.

Длительность положительная τ_n⁺=26,

отрицательная τ_n^- =26.

τ=R₁×C₂

R₁=2 к

C₂=240 рF(240×10^-12)

τ=2×10³×240×10^-12=480×10^-9с

С2 Нормальная цепь

С3 Переходная цепь

Вывод: дифференцирующая RL-цепь не пропускает сигнал на низких частотах (АЧХ там стремится к нулю), но пропускает на высоких (АЧХ там стремится к 1). При малой частоте сдвиг по фазе между выходным и входным сигналом стремится к 90 градусам. При большой частоте - к 0.

Экспериментальные данные:

Задание 2.3. Исследование частотной зависимости коэффициента передачи дифференцирующих цепей

С3

, Гц	20	30	40	50	70	100	150	200	300
, В	0,22	0,30	0,36	0,44	0,58	0,72	0,82	0,88	0,94
, Гц	500	750
, В	0,98	1

С2

, Гц	200	150	100	70	50	40	30	20
, В	0,50	0,44	0,32	0,24	0,18	0,40	0,10	0,09

Задание 3.1 Интегрирование сигналов простой RC цепью

С4.

Амплитуда U_n=3,3В

Длительность τ_n=50 мкс

Длительность переднего фронта τ_ф=10 мкс и заднего фронта τ_зф=20 мкс

τ= R₅×C₄

R₅=100 к

C₄=560рF(560×10^-12)

τ=100×10³×560×10^-12=560×10^-7с

С5

Амплитуда U_n=4,3В

Длительность τ_n= 60 мкс

Длительность переднего фронта τ_ф=22 мкс и заднего фронта τ_зф=22 мкс

τ= R₅×C₄

R₅=100 к

C₄=560рF(560×10^-12)

τ=100×10³×560×10^-12=560×10^-7с

С6

Амплитуда U_n=4,2В

Длительность τ_n= 30 мкс

Длительность переднего фронта τ_ф= 15 мкс и заднего фронта τ_зф= 20 мкс

τ= R₅×C₄

R₅=150 к

C₄=560рF(560×10^-12)

τ=100×10³×560×10^-12=560×10^-7с

С4

С5

С6

Вывод: интегрирующая RC-цепь не пропускает сигнал на высоких частотах (АЧХ там стремится к нулю), но пропускает на низких (АЧХ там стремится к 1). При малой частоте сдвиг по фазе между выходным и входным сигналом стремится к 0 градусам. При большой частоте - к -90.

Задание 3.2. Получение частотной зависимости коэффициента передачи интегрирующей RC-цепи

С4

, Гц	20	30	40	50	60	80	100	150	200
, В	0,92	0,84	0,78	0,66	0,54	0,44	0,38	0,30	0,22

С5

, Гц	20	40	60	70	100	150	200
, В	0,88	0,92	0,9	0,84	0,71	0,59	0,50

С6

, Гц	20	30	40	60	100	150	200	300
, В	0,98	0,91	0,89	0,82	0,84	0,80	0,75	0,62

3.3 Интегрирование однотональных АМВЧ пульсирующего сигнала

сложной RC-цепью

R5 min

R5 max

R10 min

R 10 max

Вывод: С помощью RL и RC цепей можно производить интегрирование входного сигнала, чаще всего для этого используется RC цепь. Выходной сигнал пропорционален интегралу от входного.

3.5 Интегрирование однотонального АМВЧ пульсируюшего сигнала RL-цепью

Схема имитирующая работу (Подключаем ёмкость)

с О2-24

Вывод: Функционально линейные устройства формирования и преобразования электрических сигналовпри рассмотрении интегрирующие цепи, применяемые для интегрирования сигналов, и иногда для расширения (увеличения длительности) импульсов и дифференцирующие (укорачивающие) цепи, применяемые для дифференцирования сигналов, а также для укорочения импульсов (получения импульсов заданной длительности).

Важнейшее свойство линейных устройств заключается в их способности накапливать и отдавать энергию в емкостных и индуктивных элементах и этим преобразовывать входные сигналы во временное изменение интервалов на выходе. Это свойство лежит в основе работы генераторов, устройств подавления импульсных помех, возникающих в процессе прохождения электрического сигнала через цепи с различной временной задержкой.

Типовые разделительные фильтры даже с ровной суммарной АЧХ нередко являются причиной возникновения фазовых искажений, влияние которых на форму выходного сигнала особенно проявляется вблизи частоты раздела fp. показаны изменения, которые претерпевает сигнал в виде симметричных прямоугольных импульсов длительностью, примерно равной 1/fp, пройдя через разделительный фильтр с нелинейной суммарной ФЧХ. Если на частоте раздела средне- и высокочастотной полос эти искажения допустимы, так как мало сказываются на качестве звучания, то в области частот раздела средне- и низкочастотной полос их желательно устранить, поскольку именно здесь сосредоточены наибольшие среднестатические уровни реального сигнала, и к тому же чувствительность слуха максимальна.

Для неискаженной передачи сигналов импульсного характера, кроме ровной суммарной АЧХ, необходимо обеспечить одинаковую временную задержку составляющих сигнала при прохождении через разделительный фильтр. Форма выходного импульсного сигнала для фильтра с линейной суммарной.

0