2. Описание экспериментальной установки и методика измерений
В состав лабораторной установки входят: лабораторный макет, осциллограф, генератор сигналов специальной формы и соединительные провода. Лабораторный макет (рис. 4), содержит три варианта цепей, каждая из которых представляет собой линейный четырехполюсник, а также генераторы прямоугольного сигнала и коротких импульсов.
Поскольку осциллограф предназначен для наблюдения периодических сигналов, для получения переходных характеристик в качестве перепада напряжения используется периодическая последовательность импульсов прямоугольной формы со скважностью, равной двум, которую можно получить с выхода встроенного в лабораторный макет генератора. Период прямоугольного сигнала должен как минимум вдвое превышать время установления цепи у, так, чтобы все переходные процессы успели затухнуть на интервале между фронтом и спадом меандра. Подав выходной сигнал цепи на вход осциллографа, получим на его экране (с точностью до удвоенной амплитуды меандра U0) переходную характеристику цепи:
y(t) = 2U0g(t) . |
(18) |
Для наблюдения импульсной характеристики цепи следует подать на ее вход периодическую последовательность коротких импульсов с выхода встроенного генератора. Период следования импульсов должен превышать время установления цепи, так, чтобы к моменту появления очередного импульса реакция цепи успела затухнуть. Длительность импульсов, наоборот, должна быть существенно короче времени установления. Поскольку импульсная характеристика является реакцией цепи на -функцию, полученная в результате эксперимента реакция с точностью до площади входного импульса, которая при использовании импульса прямоугольной формы равна произведению его максимального значения U0 на длительность и, будет совпадать с импульсной характеристикой, то есть
y(t) = U0иh(t) . |
(19) |
3. Порядок выполнения работы
Рис. 4. Лабораторный макет
При домашней подготовке изучить методические указания и нарисовать в лабораторном журнале функциональные схемы измерений.Подать на вход исследуемой цепи (по указанию преподавателя) периодическое напряжение прямоугольной формы. Подобрать амплитуду и период входного напряжения, а также чувствительность осциллографа и длительность его развертки так, чтобы половина периода выходного сигнала занимала всю рабочую часть экрана осциллографа. Зарисовать полученную осциллограмму с указанием масштаба по координатным осям.
С помощью осциллографа измерить величину перепада входного сигнала U0, рассчитать по формуле (18) переходную характеристику цепи и указать на зарисованной осциллограмме реальный масштаб по вертикальной оси.
Подать на вход исследуемой цепи периодическую последовательность прямоугольных импульсов. Подобрать амплитуду, период следования и длительность импульсов, а также чувствительность осциллографа и длительность его развертки так, чтобы реакция цепи на один импульс занимала всю рабочую часть экрана осциллографа. Зарисовать полученную осциллограмму с указанием масштаба по координатным осям.
Получить и зарисовать осциллограмму одного импульса используемой в п. 3.4 импульсной последовательности. Вычислить площадь входного импульса, рассчитать по формуле (19) импульсную характеристику цепи и указать на зарисованной осциллограмме реальный масштаб по вертикальной оси.
Подать на вход исследуемой цепи треугольное или пилообразное (по указанию преподавателя) периодическое напряжение с генератора сигналов специальной формы с частотой 70–100 Гц и зарисовать осциллограммы входного и выходного сигналов на интервале, соответствующем одному периоду. Произвести дискретизацию полученных сигналов с шагом t так, чтобы на интервале наблюдения получилось 20–30 точек и составить таблицы отсчетов x[n] и y[n]. С тем же шагом t произвести дискретизацию измеренных ранее импульсной и переходной характеристик исследуемой цепи и составить таблицы отсчетов g[n] и h[n]. По формулам (16) и (17) рассчитать реакцию исследуемой цепи на входной сигнал и в одной системе координат построить рассчитанные и полученные экспериментально выходные последовательности. Сравнить их и объяснить имеющиеся расхождения.
Отчет должен содержать: наименование и цель работы, конспект теоретических сведений, функциональные схемы экспериментов, а также результаты измерений и расчетов.