Линейные цепи при гармонических воздействиях

(3.50)

тогда для параметров операторного коэффициента передачи из (3.49) получим

(3.51)

Выражение (3.48) можно записать в виде

, (3.52)

где и - полюсы - корни полинома знаменателя,

. (3.53)

С учетом (3.51) можно записать

, (3.54)

в результате получим

(3.55)

Выражение (3.52) можно представить в виде

. (3.56)

Константы и можно определить, сложив дроби в (3.56) и уравняв коэффициенты с (3.52). Из (3.56)

(3.57)

тогда (3.52) для и получим уравнения

(3.58)

из которых

(3.59)

Из (3.56) по таблицам преобразования Лапласа определим переходную характеристику цепи как оригинал , тогда

(3.60)

(проведите расчет самостоятельно).

Для расчета импульсной характеристики преобразуем с учетом операторный коэффициент передачи (3.56) к виду

, (3.61)

тогда импульсная характеристика цепи будет равна оригиналу

. (3.62)

Как видно, в состав входит -функция (функция Дирака). Нетрудно убедиться, что импульсная характеристика является производной от переходной характеристики (проверьте это самостоятельно).

Графики рассмотренных временных характеристик и (без -функции) цепи рис. 3.20а при кОм и мГн показаны на рис. 3.21а и рис. 3.21б соответственно.

Рис. 3.21

Определим реакцию цепи рис. 3.20а на входное воздействие в виде скачка напряжения с амплитудой , показанного на рис. 3.22а.

Рис. 3.22

Входной сигнал можно записать в виде

, (3.63)

где - функция Хевисайда.

Эту задачу можно решить просто, вспомнив определение переходной характеристики цепи (это реакция цепи на входной воздействие в виде единичного скачка напряжения - функции Хевисайда с амплитудой 1 В).

В результате выходное напряжение линейной цепи на рис. 3.20а будет равно

. (3.64)

Определим выходное напряжение методом интеграла Дюамеля [3] (3.43),

. (3.65)

Из (3.60) с учетом (3.58) , тогда при и

. (3.66)

В соответствии с «фильтрующим свойством -функции»

, (3.67)

тогда с учетом того, что переменная является константой в интеграле по , получим

(3.68)

Вычислим интегралы, тогда

 (3.69)

Как видно, полученный результат совпадает с (3.64).

Проведем расчет реакции цепи (рис. 3.20а) на входное воздействие в виде одиночного прямоугольного импульса, показанного на рис. 3.22б. Для этого можно использовать два подхода.

В первом из них импульс на рис. 3.22б можно представить суммой двух скачков напряжения и , как показано на рис. 3.23.

Рис. 3.23

Реакция цепи на входной сигнал пропорциональна переходной характеристике (2.60) с коэффициентом ,

. (3.70)

Аналогично входное воздействие (рис. 3.23) вызовет реакцию цепи , пропорциональную переходной характеристике с коэффициентом , в виде формулы

, (3.71)

справедливой только при . В результате получим выражение для выходного напряжения

(3.72)

где - функция Хевисайда,

(3.73)

Зависимость показана на рис. 3.24.

Второй подход предполагает прямое применение формулы интеграла Дюамеля (3.43). На интервале времени входной сигнал равен (рис. 3.23), тогда с учетом (рис. 3.21) и выражения для импульсной характеристики (3.62) получим

 (3.74)

что совпадает с (3.70) (проведите преобразования самостоятельно).

Рис. 3.24

На интервале времени входной сигнал равен нулю и тогда для интеграла Дюамеля получим

. (3.75)

Тогда с учетом (3.62)

 (3.76)

В (3.76) интеграл

так как и на интервале интегрирования . Сравните формулы (3.76) и (3.72) в области и убедитесь в их совпадении.

Как видно, имеется возможность аналитического определения выходного сигнала.

Для нахождения выходного сигнала можно использовать методы численного интегрирования с помощью систем объектно ориентированного программирования (например, Delphi) или пакета программ MathCAD, пример которой в рассматриваемом случае показан на рис. 3.25. Как видно, полученная на рис. 3.25 временная диаграмма выходного сигнала совпадает с показанной на рис. 3.24.

Аналогичные расчеты целесообразно провести в рамках исследовательской части курсовой работы.



Рис. 3.25

4. Измерение характеристик сигналов и цепей

4.1 Измерение параметров гармонического сигнала с помощью электронного осциллографа

Параметры гармонического сигнала можно определить экспериментально с помощью электронного осциллографа. На рис. 4.1 показан пример наблюдаемой на экране осциллограммы, на которой отображается временная диаграмма наблюдаемого сигнала и задана координатная сетка.

Шаг сетки по вертикали равен 1 В на деление, а амплитуда составляет 2,7 деления, следовательно, ее величина равна U=2,7 В. По горизонтали на оси времени шаг сетки 1 мс на одно деление, период сигнала равен 3,1 деления, то есть T=3,1 мс. При измеренном периоде нетрудно определить циклическую частоту сигнала

Гц

и круговую частоту

рад/с.

При определении амплитуды необходимо устанавливать нулевой уровень напряжения. Удобнее измерять расстояние по вертикали между максимальным и минимальным значениями сигнала, которое называют размахом. Для гармонического сигнала размах равен удвоенной амплитуде.

Начальная фаза сигнала может быть определена только при условии задания начала отсчета времени - точки . Однако это начало отсчета условно (может быть задано в любой момент времени), поэтому осциллографическое измерение начальной фазы гармонического сигнала практически не имеет смысла.

Совершенно иная ситуация возникает при измерении сдвига фаз между двумя гармоническими сигналами с одинаковой частотой. При этом на экране осциллографа должны наблюдаться две временных диаграммы измеряемых гармонических напряжений, как показано на рис. 4.2. Взаимное смещение сигналов на экране осциллографа не зависит от начала отсчета времени. Это позволяет экспериментально определить фазовый сдвиг одного сигнала относительно другого, который выбран в качестве опорного.

Если необходимо определить сдвиг фаз напряжения относительно выбранного в качестве опорного напряжения , то по временной диаграмме рис. 4.2 получим, что смещение во времени сигнала равно деления или мкс (знак минус означает, что сигнал смещен относительно опорного влево, то есть раньше во времени).

Сдвиг фаз между рассматриваемыми сигналами равен

. (4.1)

Период гармонических колебаний на рис. 4.2 равен 6,28 мкс, а круговая частота соответственно

рад/с,

тогда из (4.1) получим, что сдвиг фаз рад. Как видно, напряжение (меньшее по амплитуде) опережает по фазе опорное напряжение на 1 рад или 57⁰.

Если в качестве опорного напряжения выбрать , то временной сдвиг от него второго сигнала будет равен мкс, а сдвиг фаз рад или -57⁰. Это означает, что напряжение отстает по фазе от на 1 рад.

Временной сдвиг напряжения относительно на рис. 4.2 можно оценивать и так, как показано на рис. 4.3, при этом деления или 5,28 мкс. При этом новое значение оказывается больше полученного ранее на величину периода , а сдвиг фаз равен

Рис. 4.3

рад. (4.2)

В результате оказывается, что напряжение отстает по фазе от опорного сигнала на угол 5,28 рад, что эквивалентно полученному ранее результату, так как отличается от него на величину . Для обеспечения однозначности фазового сдвига его величину обычно выбирают в интервале от до или .

4.2 Измерение амплитудно-частотной характеристики

Экспериментально АЧХ четырехполюсника можно определить, подав на его вход гармонический сигнал от генератора с выбранной частотой и измеряя действующие или амплитудные значения входного и выходного сигнала с помощью вольтметра или осциллографа. Структурные схемы двух вариантов измерительной установки показаны на рис. 4.4.

Рис. 4.4

Как видно, макет исследуемой цепи должен иметь возможность подключения двух пар проводников (от генератора и вольтметра или осциллографа для измерения входного сигнала) во входной цепи и одну пару проводников для измерения выходного сигнала. На рис. 4.5б показан вариант реализации макета четырехполюсника, схема которого приведена на рис. 4.5а. Жирными линиями на рис. 4.5б показаны контактные дорожки печатной платы (проводники), соединяющие элементы цепи. Измерительные приборы подключаются к цепи с помощью зажимов типа «крокодил».

Рис. 4.5

Монтаж элементов может производиться на специально изготовленной печатной плате или универсальной «макетнице». В простейшем случае можно воспользоваться просто кусочком пластика или картона. Краткое описание измерительных приборов приведено в приложении 1.

Для экспериментального определения АЧХ необходимо по результатам ее расчета выбрать 20-30 значений частот с равномерным шагом для плавной кривой (на участках быстрого изменения АЧХ целесообразно выбрать больше точек). Затем необходимо выбрать схему измерений рис. 4.4а или рис. 4.4б, установить уровень гармонического сигнала на выходе генератора 2-4 В и, последовательно устанавливая выбранные частоты подаваемого на четырехполюсник сигнала , записать величины действующих значений (по показаниям вольтметров) или амплитуд (измеренных по экрану осциллографа) входного и выходного напряжений цепи. Результаты измерений необходимо занести в таблицу, например, следующего вида, и представить на графике, там же пунктирной линией целесообразно отобразить расчетную кривую.

f, кГц
UВХ, В
UВЫХ, В
f, кГц
UВХ, В
UВЫХ, В

Для оценки погрешности экспериментального измерения АЧХ используется среднеквадратическое отклонение результатов измерений на выбранных частотах от соответствующих теоретических значений , - номер измерения, - число проделанных измерений:

. (4.3)

Величину чаще всего выражают в процентах.

Если четырехполюсник является фильтром, то по экспериментальной АЧХ нетрудно определить его полосу пропускания (удержания) и коэффициент прямоугольности, сравнив их с полученными ранее теоретическими значениями.

4.3 Измерение фазочастотной характеристики

Фазочастотная характеристика (ФЧХ) может быть измерена с помощью осциллографа С1-55, как показано на рис. 4.4б. Подаваемые на его входы входной и выходной сигналы на выбранной частоте , , отображаются на экране двумя гармоническими функциями, как показано на рис. 4.2. Измеряя смещение во времени входного сигнала относительно выходного (опорного), согласно (4.1) определим сдвиг фаз между ними

. (4.4)

Полученные результаты целесообразно представить в табличном (аналогично табл. 4.1) и графическом виде, погрешность оценивается в соответствии с (4.3).

4.4 Исследование воздействия импульсного сигнала на четырехполюсник

В рамках исследовательской части курсовой работы можно выбрать исследование воздействия импульсного сигнала на рассматриваемый четырехполюсник. Эксперимент проводится по схеме, показанной на рис. 4.4б. В качестве входного воздействия используются последовательности прямоугольных и пилообразных импульсов вида рис. 4.6, формируемые генератором АНР 1001.

Рис. 4.6

Для проведения экспериментальных работ можно изготовить собственный генератор импульсных или гармонических сигналов и исследовать его свойства.

4.5 Исследование электронных устройств

В качестве исследовательской части курсовой работы можно провести экспериментальный анализ электронных устройств различного назначения [5]. На рис. 4.7а показаны схема транзисторного усилителя с резистивно-емкостными связями, а на рис. 4.7б - схема транзисторного автогенератора гармонических колебаний. Их можно реализовать на биполярных транзисторах КТ315 или КТ3102. Расчет параметров элементов производится по описанным в литературе, например, [2-4], методикам.

Рис. 4.7

В электронике широко используются различные интегральные схемы, например, операционные усилители (ОУ). На рис. 4.8 приведены принципиальные схемы инвертирующего и неинвертирующего усилителей сигнала на базе ОУ, например, типа КР157УД2.

Широкое применение в современной электронике находят цифровые элементы. На рис. 4.9а приведена схема транзисторного автогенератора импульсных сигналов (мультивибратора). На основе цифровой интегральной схемы ( триггера Шмидта типа КР561ТЛ1) - можно реализовать импульсный автогенератор, схема которого показана на рис. 4.9б.



Рис. 4.8

Рис. 4.9

На рис. 4.10 показана схема активного узкополосного частотного фильтра на базе ОУ.

Рис. 4.10

Описание различных простых электронных устройств можно найти в журналах «Радио» и «Радиохобби», а также в Internet.

Исследование электронных устройств предполагает выбор соответствующей решаемой задаче принципиальной схемы (возможно и несколько вариантов), расчет параметров элементов и технических характеристик. Результаты расчета целесообразно проверять схемотехническим моделированием.



Размещено на http://www.allbest.ru/

5. Моделирование электрических цепей

Для исследования электрических цепей широко используются программы компьютерного схемотехнического моделирования, например, MicroCAP5 [5] и выше. С их помощью можно определять мгновенные значения токов и напряжений в цепи при различных входных воздействиях, частотные характеристики четырехполюсников, проводить анализ цепей постоянного тока, исследовать различные нелинейные аналоговые и цифровые электронные устройства.

Рассмотрим возможности моделирования цепи, показанной на рис. 2.2. Модель цепи с экрана монитора показана на рис. 5.1. На рис. 5.2 приведены полученные в результате моделирования временные диаграммы напряжений в точках 1, 2 и 3 относительно «земли» (отмечены на схеме рис. 5.1 в кружках).

.

Рис. 5.1

На протяжении нескольких периодов наблюдается переходной процесс, а затем устанавливается режим стационарных гармонических колебаний, и возникает возможность определения их параметров. По графикам, подобным рис. 5.2, можно определить амплитуды и начальные фазы (сдвиги фаз) всех рассматриваемых гармонических сигналов.

В пакете программ MicroCAP имеется возможность измерять параметры сигналов (амплитуды, временное положение), определять мощность и другие характеристики. В режиме Stepping можно автоматически изменять параметры цепи с заданным шагом и получать соответствующие семейства кривых.

Рис. 5.2

На рис. 5.3 показана модель цепи рис. 3.7, а на рис. 5.4 представлены ее АЧХ и ФЧХ (на оси частот выбран логарифмический масштаб).

Рис. 5.3

Как видно, результаты моделирования полностью совпадают с расчетными. Можно определить полосу пропускания и другие характеристики избирательности.

На рис. 5.5 приведена модель транзисторного усилителя с резистивно-емкостными связями. Результаты моделирования усилителя во временной области приведены на рис. 5.6, а на рис. 5.7 - полученные частотные характеристики (АЧХ и ФЧХ).



Рис. 5.4

Рис. 5.5

Рис. 5.6



Рис. 5.7

Как видно из графика АЧХ, коэффициент усиления равен 55 и при подаче на вход усилителя гармонического сигнала с амплитудой 0,4 В выходной сигнал сильно искажается (рис. 5.6). По графику АЧХ нетрудно определить полосу усиливаемых частот. Изменяя параметры элементов схемы усилителя, можно исследовать их влияние на форму частотных характеристик и выходного сигнала.

На рис. 5.8 показана модель автогенератора прямоугольных импульсов на базе триггера Шмидта (рис. 4.8б). В модели использован зарубежный аналог микросхемы КР561ТЛ1 типа CD4093B. На рис 5.9 представлены результаты моделирования - зависимости от времени напряжений в точке 1 (пилообразные импульсы) и в точке 2 (прямоугольные импульсы)

Рис. 5.8



Рис. 5.9

6. Задание к курсовой работе

6.1 Общие сведения

Курсовая работа выполняется по индивидуальным заданиям, вариант схемы цепи определяется преподавателем согласно приложению 2.

Необходимо провести аналитические расчеты заданных величин с составлением и решением необходимых уравнений и получением аналитических выражений (формул) искомых величин.

Численные расчеты должны проводиться с широким применением вычислительной техники, например, пакета MATHCAD, системы схемотехнического моделирования MicroCAP, программирования на языках высокого уровня.

6.2 Исследуемая цепь

На вход заданной цепи, как показано на рисунке, подключите реальный источник напряжения с ЭДС e(t) = E cos(t), амплитуда которого равна E = 1 В, внутреннее сопротивление R_e = 1 кОм, а частота = 310⁵ рад/с.

Изобразите полученную схему цепи, обозначьте токи и напряжения на всех элементах, задайте их положительные направления.

6.3 Расчет токов и напряжений

Определите амплитуды и начальные фазы токов и напряжений на всех элементах цепи, в отчете приведите описание расчетов, результаты представьте в виде таблицы. Проанализируйте сдвиги фаз между токами и напряжениями в элементах цепи.

Элемент	U, мВ	I, мА

6.4 Векторная диаграмма

По результатам расчетов токов и напряжений проверьте выполнение первого и второго законов Кирхгофа для всех узлов и контуров цепи. Постройте полную векторную диаграмму токов, напряжений и ЭДС источника.

6.5 Частотные характеристики

Определите комплексный коэффициент передачи по напряжению Вашей цепи

,

где и - комплексные амплитуды выходного и входного напряжений. Найдите амплитудно-частотную (АЧХ) и фазочастотную (ФЧХ) характеристики, постройте их графики.

Проанализируйте свойства цепи с точки зрения фильтрации сигналов, при необходимости найдите параметры фильтра и характеристики избирательности.

Исследуйте влияние на форму АЧХ параметров элементов цепи, отказавшись от равенства сопротивлений и емкостей. Рассмотрите, как влияет на АЧХ сопротивление нагрузки R_н, подключенное к выходу цепи.

6.6 Экспериментальные исследования

Проверьте экспериментально полученные результаты. Для этого смонтируйте исследуемую цепь, в лаборатории подключите к ней генератор сигналов и с помощью вольтметра и осциллографа определите амплитуды напряжений на входе и выходе цепи и фазовые соотношения между ними. Измерьте АЧХ, сравните ее с расчетной характеристикой.

6.7 Исследовательская часть курсовой работы

В рамках исследовательской части курсовой работы студент самостоятельно выбирает индивидуальные тему и конкретное содержание исследований в области теории электрических цепей, электротехники и электроники и утверждает их у преподавателя. Можно предложить следующие варианты:

- сравнительный анализ различных методов расчета токов и напряжений в электрической цепи;

- исследование влияния внешних факторов, например, температуры, на свойства сигналов и цепей;

- аналитические исследования характеристик избирательности;

- численный и аналитический анализ воздействия негармонического сигнала на заданный четырехполюсник;

- разработка программ на языках высокого уровня для расчета токов, напряжений и характеристик цепи;

- расчет параметров элементов, экспериментальные исследования и схемотехническое моделирование выбранного электронного устройства (усилителя, генератора и т.д.).

6.8 Этапы выполнения работы

Курсовая работа выполняется поэтапно с контролем результатов. Сроки представления материалов устанавливаются преподавателем.

Первый этап - определение амплитуд и начальных фаз токов и напряжений на всех элементах цепи, результаты представляются в виде таблицы, проверка законов Кирхгофа.

Второй этап - построение векторной диаграммы цепи.

Третий этап - определение АЧХ и ФЧХ цепи, представляются точно построенные графики частотных характеристик.

Четвертый этап - исследование частотных характеристик, определение характеристик избирательности.

Пятый этап - исследовательская часть.

Шестой этап - представление отчета (пояснительной записки) по курсовой работе.

6.9 Содержание и оформление отчета

Материал отчета разбивается на содержание, введение, несколько разделов, заключение и список использованной литературы, в конце приводятся приложения. Ниже показан возможный вариант структуры пояснительной записки.

Содержание

Введение

1 Техническое задание

2 Расчет токов и напряжений

3 Проверка законов Кирхгофа

4 Векторная диаграмма

5 Частотные характеристики

6 Исследование влияния параметров цепи на форму АЧХ

Заключение

Список литературы

Приложение

Можно использовать и другие варианты размещения материала.

Разделы нумеруются арабскими цифрами, их заголовки пишутся прописными буквами. Раздел может быть разделен на подразделы, например, в следующем виде.

5 Частотные характеристики

5.1 Комплексный коэффициент передачи

5.2 Амплитудно-частотная характеристика

5.3 Фазочастотная характеристика

Введение включает в себя общее расширенное описание задачи, анализ ее значимости, обзор методов решения, оценку применяемых вычислительных средств.

Заключение содержит описание основных результатов и вытекающих из них выводов, анализ эффективности использованных методов расчета и средств вычислений.

Пояснительная записка оформляется на стандартных листах белой бумаги формата А4. Графики строятся на листах миллиметровой бумаги с указанием масштабов и размерностей по осям, можно использовать графические печатающие устройства.

Таблицы и графики размещаются в тексте непосредственно после первого их упоминания (ссылки), например в виде «на рисунке 1 показана зависимость...» на текущей странице, а если это невозможно, то на следующей. Нумерация рисунков, таблиц и формул - сквозная по всему отчету только арабскими цифрами, примеры показаны ниже. Стандарт запрещает любую сокращенную запись слов в тексте отчета.

Пример записи формулы - «определим сопротивление последовательного соединения сопротивления и емкости,

, (5)

тогда из (3) получим...».

Ниже приведены примеры оформления рисунка и таблицы.

Таблица 4

Амплитуды токов и напряжений

Элемент	Un В	In мА

Программы должны сопровождаться описанием постановки задачи, процедуры вычислений, структурными схемами, распечатками и описанием результатов. Листинги описываемых в отчете программ целесообразно поместить в приложение.

Приложение 1

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

1. Многофункциональный генератор-частотомер АНР 1001

Генератор формирует гармонические, прямоугольные и треугольные сигналы в диапазоне частот от 0,2 Гц до 2 МГц с амплитудой напряжения до 20 В и широким набором возможностей по изменению формы и параметров сигналов. Его внешний вид показан на рис. П1.1.

Выбор вида сигнала (гармонические, прямоугольные или треугольные импульсы) производится переключателями в правой части передней панели. Левее расположена группа переключателей частотных диапазонов и табло встроенного в прибор электронного частотомера. В нижней части расположены ручки регулировки параметров сигнала. В экспериментах по курсовой работе необходимо использовать левую (плавная установка частоты) и правую (регулировка амплитуды сигнала), а остальные должны находиться в крайнем левом положении.

Рис. П1.1

Калибровка прибора не требуется.

Подготовка к работе. После включения питания тумблером «сеть» выбираются форма сигнала и диапазон частот.

Частота сигнала устанавливается ручкой плавной регулировки по показаниям частотомера, а амплитуда - ручкой регулировки уровня.

2. Вольтметр универсальный В7-26

Вольтметр предназначен для измерения постоянного (от 30 мВ до 300 В), переменного синусоидального напряжения (от 200 мВ до 300 В) и сопротивления постоянному току (от 10 Ом до 1000 Мом). Внешний вид прибора показан на рис. П1.2.

Измеряемая величина определяется переключателем «Режим» (слева направо измерение переменного напряжения U, отрицательного и положительного постоянного напряжения -U и +U, сопротивления r_x). Предел измерения (цена максимального отклонения стрелки измерителя) для напряжений выбирается соответствующим переключателем в зависимости от измеряемой величины. Для сопротивлений переключатель «Пределы измерения» задает множитель шкалы.

Рис. П1.2

Измеряемое низкочастотное напряжение подается на вход U (символом * обозначена клемма «земля»), а высокочастотное измеряется выносным пробником «ВЧ вход» (в экспериментальных работах он не используется и должен быть вставлен в гнездо прибора). Измеряемое сопротивление подключается между клеммами r_x и *.

Отсчет измеряемой величины производится по одной из шкал «Индикатора». Две верхних шкалы используются при измерении напряжений: верхняя (на 10 делений) на пределах 10 и 100 В, а нижняя (на 30 делений) - на пределах 3, 30 и 300 В, а. На пределе 1 В используется отдельная шкала 1V (третья сверху), ее нулевая точка вынесена отдельно вправо и используется для калибровки прибора. Четвертая сверху шкала предназначена для измерения сопротивления, ее показания умножаются на выбранный переключателем «Пределы измерения» множитель. Две нижние шкалы применяются при измерении напряжений в децибелах (дБ).

Ручки U и 1VU используются для калибровки нуля прибора, а - для калибровки бесконечных показаний омметра.

РАБОТА С ПРИБОРОМ

Калибровка. После включения питания тумблером «Сеть» и самопрогрева прибора в течение нескольких минут проводится калибровка прибора, которая затем повторяется каждые 15-20 минут. Для этого необходимо отключить внешние источники и выбрать переключателем «Режим» измеряемую величину.

При измерении переменного напряжения необходимо переключатель «Режим» установить в положение U, замкнуть клеммы U и *, выбрать предел измерения 1V и ручкой установки нуля 1VU установить ноль по шкале 1V (он смещен вправо относительно других шкал). Затем следует выбрать предел 30 В и ручкой установки нуля U установить ноль по остальным шкалам. Эта процедура повторяется 2-3 раза.

При измерении сопротивления переключатель «Режим» необходимо установить в положение r_x, замкнуть клеммы r_x и *, ручкой установки нуля U добиться нулевых показаний по шкале . Затем клеммы r_x и * размыкаются и ручкой установки бесконечности добиваются соответствующих показаний по шкале измерения сопротивления. Эта процедура повторяется 2-3 раза.

Подготовка к работе. Переключателем «Режим» выбирается измеряемая величина и подбирается подходящий предел измерения. Напряжение подается на клеммы U и * (земля), а сопротивление подключается к клеммам r_x и *.

В режиме омметра не забывайте отключать все источники сигнала от измеряемого сопротивления. Через 15-20 минут работы повторяйте калибровку прибора.

3. Микровольтметр АВМ-1071

Микровольтметр АВМ-1071 предназначен для измерения переменного напряжения с действующим значением от 100 мкВ до 300 В в диапазоне частот до 1 МГц. Внешний вид передней панели показан на рис. П1.3.

Прибор включается клавишей «Сеть» и через 15 мин. готов к работе (калибровка не требуется).

Действующие значения напряжения измеряются по двум верхним шкалам с пределом 1 деление (используется на пределах 1 мВ, 10 мВ, 100 мВ, 1 В, 10 В и 100 В) и 3 деления (используется на пределах 300 мкВ, 3 мВ, 30 мВ, 300 мВ, 3 В, 30 В и 300 В). Пределы измерений выбираются с помощью переключателя.

Входной сигнал подается на вход прибора (разъем расположен в левом нижнем углу). Выход прибора может использоваться для подключения осциллографа.

Рис. П1.3

РАБОТА С ПРИБОРОМ

Прибор включается клавишей «Сеть» и через 15 мин. готов к работе. При измерении неизвестного напряжения переключатель пределов измерения установите в положение «300 В».

3. Электронный осциллограф С1-55

Двулучевой электронный осциллограф С1-55 предназначен для визуализации временных диаграмм двух сигналов и измерений их параметров по осям времени и уровня. Внешний вид прибора показан на рис. П.1.4.

Изображение формируется на экране электроннолучевой трубки осциллографа. Рядом с двух сторон расположены органы управления двумя лучами: их яркостью - «Яркость» и толщиной луча - «Фокус» и «Астигматизм». С их помощью оператор выбирает удобную интенсивность и четкость изображения. Смещение изображения по горизонтали производится двумя ручками (грубо и плавно).

Исследуемый сигнал подается на вход «Вх.1» или «Вх.2» одного из каналов вертикального отклонения луча КВО 1 или КВО 2. Переключателем З/О выбирается тип входа (закрытый или открытый). При закрытом входе последовательно в сигнальную цепь включен разделительный конденсатор и постоянная составляющая сигнала не приводит к смещению луча по экрану. Если вход открыт, то разделительный конденсатор замыкается и можно проводить измерение как переменных, так и постоянных во времени сигналов. В каждом канале имеются ручки смещения луча по вертикали.



Рис. П1.4

Размер изображения по вертикали выбирается входным аттенюатором. Он состоит из переключателя, который обеспечивает заданный размер изображения в делениях сетки экрана (В/дел.), и плавный регулятор, расположенный сверху переключателя.

В крайнем правом положении ручки плавного регулятора имеется фиксирующая защелка. Только в этом случае развертка по вертикали калибрована, и можно проводить измерение уровня сигнала по размеру изображения с учетом положения переключателя чувствительности канала, указывающего, сколько вольт приходится на одно деление сетки экрана.

Развертка изображения по горизонтали осуществляется пилообразными импульсами напряжения (рис. П1.5) от блока развертки (БР), обеспечивающими пропорциональность времени горизонтальной оси изображения сигнала .

Скорость развертки определяется переключате-лем, указывающим, сколько миллисекунд (ms) или микросекунд (s) приходится на одно деление сетки экрана по горизонтали, и плавным регулятором, расположен-ным над переключателем.

Ручка плавного регулятора в правом положении находится в защелке. Только в этом случае развертка по горизонтали калибрована, и можно проводить измерение временных характеристик сигнала по размеру изображения с учетом положения переключателя скорости развертки, указывающего, какой интервал времени приходится на одно деление сетки экрана.

Скорость развертки может резко изменяться тумблером «1/0,2» с двумя положениями: 1 (скорость определяется положением переключателя) и 0,2 (показания переключателя скорости развертки необходимо умножать на 0,2). Последний вариант используется для анализа высокочастотных сигналов. Выходной сигнал блока развертки выдается на клемму «Вых. БР».

Для обеспечения устойчивого изображения пилообразное напряжение развертки должно быть синхронизировано с исследуемым сигналом. Это обеспечивает блок синхронизации БС. Обычно используются два вида синхронизации:

- внешняя путем подачи синхроимпульсов на один из входов «1:1» или «1:10» БС с коэффициентами ослабления 1:1 или 1:10 соответственно;

- внутренняя путем выделения в БС синхроимпульсов из исследуемого сигнала первого или второго каналов вертикального отклонения.

Выбор вида синхронизации производится переключателем «Режим» с соответствующими положениями «Внешн.», «Внутр. 1» и «Внутр.2». Переключатель З/О блока синхронизации задает закрытый или открытый вход для внешнего сигнала. Переключатель «» указывает, что синхроимпульсы для генератора развертки формируются по фронту («+») или по срезу («-») сигнала синхронизации.

Генератор развертки может работать в двух режимах:

- непрерывной развертки, при этом пилообразные импульсы формируются всегда и независимо от наличия или отсутствия синхроимпульсов от БС и входного сигнала осциллографа;

- ждущей развертки, при этом каждый пилообразный импульс выдается в ответ на поступивший синхроимпульс от БС, и если внешние импульсы синхронизации или входной сигнал в режиме внутренней синхронизации отсутствуют, то нет и развертки луча.

Наиболее устойчивое изображение получается в режиме ждущей развертки и внешней синхронизации. Режим развертки выбирается ручками «Уровень» (над переключателем режима) и «Стабильность». В правом верхнем углу прибора размещен калибратор К. Он служит для проверки каналов вертикального отклонения при подаче контрольного сигнала от «Выход к.» на входной разъем канала. Можно использовать либо постоянный, либо импульсный сигнал калибровки (выбирается тумблером) с величиной напряжения, задаваемой переключателем «Уровень».

РАБОТА С ОСЦИЛЛОГРАФОМ

При включении прибора тумблером «Сеть» после нескольких секунд при отсутствии входного сигнала на экране появляется изображение горизонтальной линии.

Ручка «Стаб.» устанавливается в крайнее правое положение, а ручка «Уровень» - в среднее, при этом осциллограф будет работать в режиме непрерывной развертки.

Если изображение луча отсутствует, то возможны следующие причины:

- недостаточна яркость луча, необходимо ручку «Яркость» повернуть вправо;

- луч смещен за пределы экрана, тогда необходимо установить требуемое положение луча ручками смещения по вертикали и горизонтали.

В результате на экране наблюдается горизонтальная линия с началом в левой части экрана.

После установки луча подается входной сигнал, выбираются требуемые размеры изображения по вертикали с помощью входного аттенюатора (В/дел.) и скорость развертки (с/дел.). Изображение может быть размытым, неустойчивым, многократно повторяющимся.

Для получения устойчивого изображения необходимо провести синхронизацию осциллографа (в режиме внешней синхронизации на вход «1:1» БС должен быть подан внешний синхросигнал). Для этого ручка «Стаб.» из крайнего правого положения поворачивается влево до погасания луча и немного возвращается назад до появления изображения. Затем ручкой «Уровень» в окрестности среднего положения добиваются стабилизации (хотя бы частичной) изображения. После этого опять поворачивают ручку «Стаб.» влево до погасания луча и возвращают назад до появления изображения, и вновь ручкой «Уровень» добиваются его устойчивости. Эта процедура повторяется несколько раз и обеспечивается режим ждущей развертки, в котором синхронность не нарушается при переключении входного аттенюатора или скорости развертки. Производится окончательная настройка изображения временной диаграммы сигнала.

По изображению сигнала можно проводить измерения уровня (амплитуды) и временных параметров (например, периода повторения). Полученная соответствующая величина размера изображения в делениях сетки экрана умножается на цену деления по вертикали (задается переключателем входного аттенюатора) или горизонтали (задается переключателем скорости развертки).

Необходимо следить, чтобы ручки плавной регулировки входного аттенюатора и скорости развертки находились в крайнем правом положении (в защелке), в противном случае будет нарушаться калибровка вертикальной и горизонтальной осей изображения.

Приложение 2

ВАРИАНТЫ ИНДИВИДУАЛЬНОГО ЗАДАНИЯ

R = 7,5 кОм, C = 1 нФ

109

Заключение

В процессе выполнения курсовой работы студенты осваивают методы расчета электрических цепей с использованием вычислительной техники, компьютерного схемотехнического моделирования и экспериментальных исследований.

Изложенный материал позволяет проводить курсовую работу параллельно с изучением материала на лекционных, практических и лабораторных занятиях.

Библиографический список

1. Литвиненко В.П. Основы электротехники. Ч. 1. Цепи постоянного тока, линейные цепи при гармонических воздействиях: учеб. пособие / В.П. Литвиненко. Воронеж: ВГТУ, 2007. 152 с.

2. Литвиненко В.П. Основы электротехники. Ч. 2. Частотно-селективные цепи, спектральный анализ сигналов: учеб. пособие / В.П. Литвиненко. Воронеж: ВГТУ, 2007. 200 с.

3. Литвиненко В.П. Основы электротехники. Ч. 3. Переходные процессы в линейных электрических цепях, нелинейные цепи: учеб. пособие / В.П. Литвиненко. Воронеж: ВГТУ, 2008. 256 с.

4. Литвиненко В.П. Расчет линейных электрических цепей: учеб. пособие / В.П. Литвиненко, Ю.В. Литвиненко. Воронеж: ВГТУ, 2009. 243 с.

5. Литвиненко В.П. Электронные устройства: расчет, моделирование, эксперимент: учеб. пособие / В.П. Литвиненко. Воронеж: ВГТУ, 2010. 189с.

6. Розевиг В.Д. Система схемотехнического моделирования MICRO-CAP V. М.: «Солон», 1997. 273 с.

Размещено на Allbest.ru

...