|
|
|
Вход на сайт Навигация по сайту » Начало » Преподаватели » Предметы » Статьи »  ФорУМРаботы:» Добавить работу Любить и уважать Бонус-счастливчики
Баннера:
|
Содержимое файла "ME06~1.DOC" (без форматирования) МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ №6 ДО ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ ПО КУРСУ “ОСНОВИ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ “ для студентів спеціальності 8.090701, 8.090703 Затверджено на засіданні кафедри РТП Протокол № 2 від 04.09.02 Б.С.Троїцький., С.О.Березовський Ю.К.Філіпський Одеса ОНПУ 2002 Лабораторна робота № 11 ДИФЕРЕНЦУЮЧІ ТА ІНТЕГРУЮЧІ КОЛА Мета роботи - досліджуння проходження періодичної послідовності прямокутних імпульсів крізь RC -, RL - кола. Основні положення В сучасній радіоелектроніці широко застосовуються електричні кола, які здійснюють диференціювання і інтегрування напруг. Якщо на вході деякої лінійної стаціонарної системи діє сигнал Uвх (t), заданий своїм розкладом в ряд Фур’є, а математична модель системи задана частотним коефіцієнтом передавання K(j(), то, підсумовуючи ці сигнали, отримаємо спектральне уявлення вихідної реакції: Частотний коефіцієнт передавання є множником пропорційності між спектральною густиною сигналу на вході і виході: Sвих(j()=K(j()Sвх(j() Лінійне коло буде диференціювати функцію вхідної напруги, коли її коефіцієнт передавання K(j()=j((=((еj(((, де А-сталий коефіцієнт з розмірністю часу. В якості диференціючого елемента на практиці використовують RC- або RL- кола: Якщо в головної частині спектра (СR<<1, то при цієї умові K(j()=j(RC і Отже, занепад напруги UR на активному опорі є приблизно пропорційний похідній функції вихідної напруги. Точність диференціювання, як показує викладене, залежить від міри виконання нерівності (CR<<1. Очевидно, воно виконується тим точніше, чим менш стала часу кола і чим нижче частоти гармонічних складових спектра Uвх. Для імпульсних впливів умова (CR<<1 задовольняється, якщо ((((к, де (- тривалість імпульсу. Електричні коливання можна також диференціювати за допомогою кола RL. Дійсно, коли вихідну напругу знімати з індуктивності, передавальна функція буде мати вигляд ion.3 HYPER14HYPER15 ((1, K(j((j(=j((к Отже, функція K(j() RL-кола з малою сталою часу на низьких частотах приблизно задовольняє умові (CR<<1. В інтегруючому колі вихідна напруга Uвих(t) повинна бути пропорційною інтегралу функції вхідної напруги Uвих(t)= В(Uвх(t)dt, де В-постійний коефіцієнт із розмірністю, зворотної часу. Передавальна функція інтегруючого кола повинна мати вигляд Для інтегрування вхідної напруги застосовують RC- або RL - кола, для котрих коефіцієнти передавання: , якщо (CR((1, то якщо ((1, то((1, а Для імпульсних впливів нерівність (RC>>1 виконується, якщо (<<(к. 11.2 Готування до лабораторної роботи 11.2.1 Розрахувати і побудувати спектральну характеристику послідовності прямокутних імпульсів із заданими параметрами. 11.2.2 Розрахувати і побудувати графіки АЧХ і ФЧХ даних схем. 11.2.3 Визначити спектр заданого сигналу на виході даних чотириполюсників. 11.3 Порядок виконання лабораторної роботи 11.3.1 Визначити експериментальне АЧХ і ФЧХ кіл, заданих в п. 11.2.2. 11.3.2 Зобразити схему досліду. Намалювати спектр вхідного сигналу. 11.3.3 Намалювати спектр вихідних сигналів. 11.3.4 Намалювати осцилограми вихідних напруг; виміряти часові параметри сигналів. 11.4 Зміст протоколу 11.4.1 Розрахунки амплітудно-частотних і фазочастотних характеристик кола. 11.4.2 Розрахунки спектрів сигналів на вході і виході заданих кіл. 11.4.3 Експериментально визначені АЧХ і ФЧХ характеристики кіл. 11.4.4 Осцилограми вхідних і вихідних сигналів із додержанням масштабу часу. 11.4.5 Зіставлення розрахункових і експери-ментальних даних. 11.5 Контрольні запитання 11.5.1 Які кола називаються лінійними? 11.5.2 Дайте визначання амплітудно-частотної і фазочастотної характеристики кола. 11.5.3 Умови неспотвореного передавання сигналів крізь лінійні кола. 11.5.4 Якої форми сигнал потрібно подавати на вхід кола для визначення його коефіцієнта передавання? 11.5.5 Намалюйте RC - і RL - кола, які можуть виконувати диференцювання сигналів. 11.5.6 Намалюйте RC- і RL-кола, котрі можуть виконувати інтегрування сигналів. 11.5.7 Яке потрібно виконати співвідношення між параметрами сигналу і елементами схеми для операції інтегрування сигналів? 11.5.8 Яке потрібно виконати співвідношення між параметрами сигналу і елементами схеми для операції диференціювання сигналів? 11.5.9 Охарактеризуйте спектр сигналу, поданого на вхід досліджуваних схем. 11.5.10 Причина зміни форми сигналу на виході диференціючого кола? 11.5.11 Причина зміни форми сигналу на виході інтегруючого кола? Лабораторна робота № 12 ДОСЛІДЖЕННЯ СПЕКТРА СТРУМУ НЕЛІНІЙНОГО ЕЛЕМЕНТА Мета роботи - вивчити гармонічний склад змінного струму в колі нелінійного елемента. 12.1 Основні визначення Нелінійні електричні кола - це кола, параметри яких нелінійним чином залежать від струму і напруги. Функціональні залежності i=Ф(u), В=Ф(u),q=Ф(u) наводять собою вольтамперну характеристику активного опору R , вебер - амперну характеристику індуктивності L і кулон - вольтову характеристику ємністі С. Елемент R, L або С називається нелінійним, коли його характеристика не прямолінійна. Коло буде нелінійним, коли воно містить хоча б один нелінійний елемент. Нелінійні кола мають властивості, котрих не мають лінійні кола. Наявність в колі нелінійного елемента, зводить до того, що при синусоїдальній напрузі генератора струм в ній змінюється за періодичним, але несинусоїдальним законом. Ця властивість нелінійних кіл дозволяє перетворювати частоту змінного струму. Теоретичні дослідження процесів в нелінійних колах більш складне, ніж в лінійних. Процеси в нелінійних колах описуються нелінійними алгебраїчними і диференціальними рівняннями. Для аналітичного вирішення цих рівнянь необхідно знати аналітичні характеристики усіх нелінійних елементів кола. Ці характеристики звичайно дістають експериментально, вони досить складні, що утруднює їх точний опис за допомогою простого математичного виразу. Тому при аналізі нелінійних кіл широко застосовується апроксимація - заміна реальної характеристики приблизною функцією, яка її подає. Вибір виду апроксимації залежить від характеристики і режиму роботи нелінійного елемента. Методи апроксимації, вжиті в радіотехніці, можуть бути подані далі різним чином: апроксимація степеневим поліномом, апроксимація тригонометричним поліномом; экспоненційна апроксимація; апроксимація трансцендентними функціями. Один із найбільш поширених способів апроксимації є апроксимація степеневим поліномом. Наприклад, для вольтамперної характеристики нелінійного елемента можна занотувати І = а0 + а1u +a2 u2+ ... + anun Коли на нелінійний опір з характеристикою i=Ф(u) цього вигляду діє синусоїдальна напруга u=Usint, то можна знайти струм, подавши характеристику степеневим рядом : При зведенні синуса в n-у ступінь дістаємо ряд коливань кратних частот, причому найвища частота дорівнює n(. Розглянемо випадок, коли на нелінійний опір діють дві напруги з різними частотами: U=U1+U2=U1sin1t+U2sin2t Підставимо цей вираз в степеневий ряді одержуємо струм. i=Ф(U1+U2)= Виконавши необхідні тригонометричні перетворення, можна переконатися, що до складу струму входять складові з частотами (k=n(1(m(2 де n і m- цілі числа, починаючи з 0. Частоти, для котрих n>0 і m>0, називаються комбінаційними. Вони можуть бути більше або менше частот (1 и (2. Розглянемо коло, нелінійним елементом котрого буде транзистор (рис.12.1), а на вхід прикладена напруга u=Ucost Вольтамперна характеристика транзистора зображена на рис.12.2. Робоча точка вибрана на нижньої її частині. При великих амплітудах вхідного сигналу, коли більша частина напруги доводиться на лінійну частину характеристики, вольтамперна характеристика може бути апроксиміована ламаною (дільниці ab і bc), така апроксимація полегшує аналіз і в той же час достатньо точно відбиває сутність виникаючих процесів. Як бачимо із графіків, струм крізь транзистор має форму імпульсу і тече тільки частину періоду прикладеної напруги. Половина цього інтервалу, виражена в кутній мірі, називається кутом відсічки струму і позначається (. Установимо залежність між Iмакс і (. Із часової діаграми прикладеної напруги маємо, що Ucos(=ab. Але Рис.12.1 Схема макета до лабораторної роботи № 12 ab=U-Uпоч звідки Ucos(=U-Uпоч cos(=(U-Uпоч)/U. Далі із графіків іде, що для напруг u від Uпоч до U колекторний струм ik =Su, де S - крутість лінійної частини характеристики. Тому максимум струму iмакс=S(U-Ucos()=SU(1-cos() Рис.12.2 Характеристика нелінійного елемента і часові діаграми Відомо, що періодичні косинусоїдальні імпульси можуть бути представлені у вигляді ряду Фур’є: ik =I0+I1cost+I2cos2t+…+ Incosnt В цьому випадку амплітуда усякої гармоніки, як і постійна складова, залежить від кута відсічки ( і пропорційна iмакс: I0=0iмакс; I1=1iмакс; I2=2iмакс; Коефіцієнти пропорційності 1, 97 \f "Symbol" \s 12HYPER14aHYPER152, 3 та інші називаються коефіцієнтами розкладу Берга, і в свою чергу залежать від (. Залежність їх від кута відсічки показана на рис.12.3. Розглянувши графіки, можна зробити висновок про властивості імпульсного струму при роботі нелінійного елемента з відсічкою. Аналіз цих графіків дозволяє правильно вибрати режим роботи нелінійного елемента в підсилювачах, помножувачах частоти і інших приладах. Отже, при потроєнні частоти слід брати (=40 \f "Symbol" \s 12HYPER14HYPER15; при збільшенні частоти у чотири рази - 30 і т. д. Раніше було показано, що спектр струму не лінійного елемента при гармонічних впливах виходить складним. Виділяючи з цього спектра за допомогою вибірного навантаження визначені складові і знаходячи за допомогою зміщення таке положення робочої точки, щоб виділені складові були максимально можливими для даного кола, можна здійснити той або інший нелінійний процес; випрямлення змінного струму; підсилення коливань, множення частоти коливань. Спектральні діаграми вхідного сигналу і струму нелінійного елемента для випадку, коли вхідний сигнал є сума двох напруг, зображені на рис.12.4. В роботі визначаються спектри струму тріода MП 40А при впливі на нього одної і двох гармонічних ЕРС. Гармонічні коливання отримуємо від двох генераторів. Робоча точка тріода регулюється зміщенням за допомогою потенціометра. Зміщення відповідає градуюванню на передній панелі стенда. Навантаженням тріода буде активний опір. Форма вихідного струму проглядається на осцилографі. Гармонічні складові вихідного струму виявляються на екрані аналізатора спектра С4-25. Рис.12.3 Залежність коефіцієнтів Берга від кута відсічи 12.2 Готування до лабораторної роботи 12.2.1 Визначити за допомогою ЕОМ амплітуди гармонічних складових струму і напруги на навантаженні транзистора по даними макета, беручи UБЄО= 0,15 В, f1= 20...50 кГц. Розрахунок вести до шостої гармоніки включно. 12.2.2 Для даних п. 12.2.1 визначити за наведеною раніше формулою кут відсічки (, беручи UБЄ=0,1; 0,2; 0,3; 0,5 В. 12.2.3 За даними кожного із макетів для частот f1 і f2 визначити значення комбінаційних частот, вважаючи ступінь апроксимуючого полінома 3. Значення комбінаційних частот вибрати із домашнього завдання. 12.3 Порядок виконання роботи 12.3.1 Визначити спектр струму транзистора при впливу однієї гармонічної ЕРС. Для цього на базу подати коливання від одного ГСС. Змінюючи частоту настройки вибірного вольтметра або аналізатора спектра, визначити амплітуди гармонік спектра. За даними експеримента побудувати спектральну діаграму. Рис.12.4 Амплітудні спектри вхідного і вихідного сигналів 12.3.2 Визначити спектр струму транзистора при впливі на нього двох гармонічних ЕРС. Для цього в кола бази і емітера необхідно подати коливання від двох генераторів, котрі повинні бути налагоджені на частоти f1 і f2 в відповідності із домашнім завданням. За допомогою аналізатора спектра С4-25 визначити амплітуди тих гармонічних складових, частоти яких знайдені при виконанні п.12.2.3. 12.3.3 Визначити залежність амплітуд гармонік струму від амплітуди впливу. Для цього на базу тріода необхідно подати коливання від одного генератора за п.12.3.1. Змінюючи амплітуду впливу від 0,05 до 0,5 В, визначити амплітуду першої гармоніки струму. Дані занести в таблицю і побудувати графік залежності I1=Ф(u). За графіком переконатися, що ця залежність нелінійна. Побудувати коливальну характеристику - залежність середньої крутості Sср від амплітуди впливу. 12.3.4 Зняти залежність амплітуди третьої гармоніки струму нелінійного елемента від положення робочої точки. Для цього на базу тріода необхідно подати коливання від генератора за п.12.1.1 з амплітудою U=0,3 В. Змінюючи напругу зміщення UБЄО, виміряти амплітуду цієї гармоніки струму. По здобутих даних побудувати відповідні графіки залежності амплітуди третьої гармоніки струму від напруги зміщення. 12.3.5 Визначити кут відсічки ( при роботі НЕ з різними значеннями UБЄО. Виконуючи всі процедури за п.12.3.4, наглядати на екрані осцилографа, підключеного до RН транзистора, коливання, аналогічні показаним на рис. 12.3. Навчитися по формі струму колекторного кола тріода визначити кут відсічки. 12.4 Зміст протоколу 12.4.1 Розрахунки амплітуд гармонік спектра, кута відсічки і комбінаційних частот, виконані при готуванні до роботи. 12.4.2 Схема досліду. 12.4.3 Дані лабораторних дослідів і графіки, побудовані по цим даним. 12.4.4 Виводи і узагальнення, здобуті внаслідок порівнювання розрахункових і експериментальних результатів. 12.5 Контрольні запитання 12.5.1 Які складові струму нелінійного елемента називаються гармоніками? 12.5.2 Які складові струму нелінійного елемента називаються комбінаційними гармоніками? 12.5.3 Які члени степеневого полінома визначають постійну складову амплітуди першої, другої, третьої гармоніки? 12.5.4 Який член степеневого полінома визначає появу гармоніки із частотою (к=51+32 при впливі на нелінійний елемент двох гармонічних сигналів? 12.5.5 Чим визначається степінь апроксимуючого полінома? 12.5.6 Що називається кутом відсічки струму нелінійного елемента? 12.5.7 Як залежить кут відсічки від амплітуди сигналу і напруги зміщення? 12.5.8 Як вибрати кут відсічки, щоб амплітуда першої гармоніки була максимальною? Щоб амплітуда третьої гармоніки була максимальною? 12.5.9 Що дає застосовування вибірних кіл в якості навантаження нелінійного елемента? 12.5.10 Які перетворення спектра сигналу можна здійснити в колі, що містить нелінійний елемент? Додаток Міністерство освіти і науки України ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІНСТИТУТ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙ ПРОТОКОЛ до лабораторної роботи № __ Назва роботи_________________________________________ Прізвище, ім'я, по батькові_________________________ Факультет_____________курс __________ Група ________ Робота виконана спільно з студентами ______________ ___________________________________________________ Дата виконання роботи "____ " ___________ 200 _р. Керівник занять __________________________________ Відмітка керівника: до роботи допущений ___________ робота закінчена ___________________ 1. Короткий зміст роботи___________________________ ___________________________________________________ 2. Перелік обладнання, приладів, апаратури Табл 1. Номер за схемою Назва Заводський номер Тип або система Діапазон виміру Примітка 3. Схеми вимірів. Принципова схема макету. 4. Розрахункові формули і розрахунки, таблиці. 5. Графіки і діаграми. 6. Виводи. Підпис студента ________ Зауваження керівника _________________________ Дата приймання протоколу " "____________ 200 р. Підпис керівника ________________ Список літератури Радіотехніка:Енциклопедичний навчальний довідник. Навч.посібник. /За ред.Мазора Ю.Л., Мачуського Є.А., Правда В.І./-Київ.:Вища школа,1999. Агас’ян В.Н., Мартиненко, О.Г.Основи елект-рорадіоелектронних кіл. Київ.: Вища школа 1993. Перхач В.С. Теоретичні основи електричних кіл.-Київ.:Вища школа,1994. Руденко В.С., Ромашко В.Я., Трифонюк В.В. Промислова електроніка.-Київ.:Либідь,1993. 5. Троїцький Б.С., Березовський С.О. Методичні вказівки до курсової роботи з дисципліни ОРЄ. Одеса.:ОДПУ,1998 sh EMBED PBrush |
| Посетителей: 0, из них зарегестрированных: 0, гостей: 0 Зарегистрированные пользователи: Подробно | Страница сгенерирована за 1.7868 сек. |
