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.
|
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.
Таблица 3
Вариант | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
| Rmin, Rmax, кОм | 27 49 | 16 38 | 24 46 | 33 55 | 18 40 |
Cmin, Cmax, пФ | 3600 7900 | 4300 8600 | 3600 7200 | 2000 4000 | 4700 6700 | |
| Rmin, Rmax, кОм | 10 20 | 12 22 | 10 20 | 15 25 | 20 30 |
Cmin, Cmax, пФ | 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.
 |
4.2. Собрать установку согласно рис. 4, после проверки схемы руководителем занятия включить питание контрольно-измерительных приборов.
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 | ||
j, град | Сmin, Rmin | |
Сmax, Rmax |
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 | ||
j, град | Сmin, Rmin | |
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. Контрольные вопросы
6.1. Пояснить методику измерения АЧХ и ФЧХ четырехполюсника.
6.2. Как можно измерить граничную частоту, полосу пропускания цепи?
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 теории цепей. - М.: Высшая школа, 2007.
