7 методикой их экспериментального получения RC – цепи первого порядка.

7
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2
Исследование частотных характеристик RC–цепи первого порядка
1. Цель работы – изучение частотных характеристик и овладение
методикой их экспериментального получения RC – цепи первого порядка.
2. Подготовка к работе
2.1. Рассчитать
и
построить
амплитудно-частотные
(АЧХ)
и
фазочастотные (ФЧХ) характеристики цепи, схема которой изображена на
рис. 3, от напряжения на входе к напряжению на резисторе для двух случаев:
- С = Сmin, R = Rmin;
- C = Cmax, R = Rmax.
Рис. 3. Принципиальная схема исследуемой цепи, используемая при
расчетах
Одноименные характеристики построить в одних осях координат.
2.2.
Рассчитать граничные частоты.
2.3.
Рассчитать и построить АЧХ и ФЧХ цепи, схема которой
изображена на рис. 3, от напряжения на входе к напряжению на конденсаторе
для двух случаев, указанных в п. 2.1. Одноименные характеристики построить в
одних осях координат.
2.4. Рассчитать граничные частоты и полосы пропускания цепи.
Исходные данные для предварительных расчетов приведены в табл. 3.
3. Контрольно-измерительная аппаратура
3.1. Генератор сигналов низкой частоты.
3.2. Милливольтметр переменного тока.
3.3. Измеритель разности фаз.
8
Вариант
Rmin,
Rmax,
кОм
Cmin,
Cmax,
пФ
Rmin,
Rmax,
кОм
Cmin,
Cmax,
пФ
Таблица 3
4
5
33
18
55
40
1
27
49
2
16
38
3
24
46
3600
7900
4300
8600
3600
7200
2000
4000
4700
6700
10
20
12
22
10
20
15
25
20
30
1000
2000
1000
1500
1200
1800
820
1220
820
1640
4. Порядок выполнения лабораторной работы
4.1. Структурная схема лабораторной установки приведена на рис. 4,
принципиальная схема RC–цепи – на рис.5.
Генератор
сигналов
низкой
частоты
Милливольтметр
RC-цепь
1
2
Измеритель
разности фаз
Рис. 4. Структурная схема лабораторной установки
4.2. Собрать установку согласно рис. 4, после проверки схемы
руководителем занятия включить питание контрольно-измерительных
приборов.
9
Рис. 5. Принципиальная схема RC–цепи
4.3. Установить на выходе генератора сигналов низкой частоты
напряжение со следующими параметрами: действующее значение U =1В,
частота F = 20Гц.
4.4. Измерить АЧХ и ФЧХ RC – цепи, если выходное напряжение
снимается с резистора ( тумблер В2 в верхнем положении) для двух случаев:
- C = С1 = Сmin (тумблер В1 в нижнем положении ), R = R3 = Rmin (ручка
переменного резистора R3 в крайнем левом положении);
- С = С1 + С2 = Сmax (тумблер В1 в верхнем положении), R = R3 = Rmax
(ручка переменного резистора R3 в крайнем правом положении).
Измерение АЧХ и ФЧХ осуществляется следующим образом. Измерить
действующее значение и сдвиг фаз между входным напряжением и
напряжением на резисторе на частоте F = 20Гц. Далее, увеличивая частоту
сигнала генератора, добиваться следующих значений напряжения на резисторе
– 0,2; 0,4; 0,6; 0,707; 0,8; 0,9 В, фиксируя при этом частоты, соответствующие
этим напряжениям, а также сдвиг фаз между входным напряжением и
напряжением на резисторе. Результаты свести в табл.4.
Таблица 4
F, Гц
Сmin, Rmin
Сmax, Rmax
UR, B
K =UR/UВХ
Сmin, Rmin
, град
Сmax, Rmax
10
Построить АЧХ и ФЧХ, определить граничные частоты (сравнить с
результатами расчета в п. 2.2).
4.5.
Измерить АЧХ и ФЧХ RC–цепи, если выходное напряжение
снимается с конденсатора (тумблер В2 в нижнем положении) для двух случаев:
- C = С3 = Сmin (тумблер В3 в нижнем положении ), R = R1 = Rmin (ручка
переменного резистора R2 в крайнем левом положении);
- С = С3 + С4 = Сmax (тумблер В3 в верхнем положении), R = R1 + R2 = Rmax
(ручка переменного резистора R2 в крайнем правом положении).
Измерение АЧХ и ФЧХ осуществляется следующим образом. Измерить
действующее значение напряжения на конденсаторе и сдвиг фаз между
входным напряжением и напряжением на конденсаторе на частоте F = 20Гц.
Далее, увеличивая частоту сигнала генератора, добиваться следующих
значений напряжения на конденсаторе – 0,9; 0,8; 0,707; 0,6; 0,4; 0,2В, фиксируя
при этом частоты, соответствующие этим напряжениям, а также сдвиг фаз
между входным напряжением и напряжением на конденсаторе. Результаты
свести в табл. 5.
Таблица 5
F, Гц
Сmin, Rmin
Сmax, Rmax
UС, B
K =UС/UВХ
Сmin, Rmin
, град
Сmax, Rmax
Построить АЧХ и ФЧХ, определить граничные частоты, полосы
пропускания цепи (сравнить с результатами расчета в п. 2.4).
5.
Содержание отчета
5.1.
Расчеты и графики, полученные при подготовке к работе.
5.2.
Структурная схема лабораторной установки и принципиальная
схема лабораторного макета RC – цепи.
5.3.
Таблицы с данными для построения АЧХ и ФЧХ.
5.4.
Графики измерения АЧХ и ФЧХ.
5.5.
Расчеты, выполненные по результатам измерений.
5.6.
Анализ результатов расчета и эксперимента.
6.
6.1.
6.2.
цепи?
Контрольные вопросы
Пояснить методику измерения АЧХ и ФЧХ четырехполюсника.
Как можно измерить граничную частоту, полосу пропускания
11
6.3.
Как влияют значения R и C на АЧХ и ФЧХ цепи?
6.4.
Изобразите
графики
зависимости
мгновенных
значений
синусоидальных напряжений на входе RC – цепи, на резисторе и на
конденсаторе на граничной частоте.
6.5.
Начертите векторную диаграмму тока и напряжений в RC - цепи на
граничной частоте.
Литература
1. Попов В.П. Основы теории цепей. - М.: Высшая школа, 2007.