5.5.3. Заполните таблицу 2.2, колонку «Эксперимент» для цепи RC.

Дата: 2025-05-01; Просмотры: 1

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

5.6. Определите изменение амплитуды от частоты (снимите АЧХ последовательной RC цепи.) с помощью функционального генератора и вольтметра.

5.6.1. Откройте окна функционального генератора (FGEN) и цифрового мультиметра (DMM).

5.6.2. В окне цифрового мультиметра, переключитесь в режим измерения переменного напряжения.

5.6.3. Установите на генераторе амплитуду 5 В.

5.6.3. Изменяя частоту сигнала в окне функционального генератора, запишите в таблицу 2.2 измеренное переменное напряжение на резисторе. Частоты брать точно такие же, какие записаны в случаи измерения ФЧХ.

5.7. На макетной плате соберите схему для исследования последовательной RL цепи. Для этого замените в цепи RC конденсатор на катушку индуктивности. Повторите измерения и заполните таблицу 2.2, колонку «Эксперимент» для цепи RL.

5.8. На макетной плате соберите схему для исследования последовательной RLС цепи. Для этого в цепи RL между L и R должен быть установлен конденсатор. Повторите измерения и заполните таблицу 2.2, колонку «Эксперимент» для цепи RLС. ПРИМЕЧАНИЕ: после сборки схемы, проверьте правильность подключения анализатора ФЧХ и вольтметра. Анализатор должен подключаться одним входом до реактивных элементов (между генератором и катушкой), вторым после (между конденсатором и резистором). Вольтметр должен подключаться параллельно резистору. (НАРИСОВАТЬ СХЕМУ!!!)

5.9. По экспериментальным данным таблицы 2.2, постройте векторные диаграммы для частот f₁=2кГц, f₂=8кГц.

6. Содержание отчета

6.1. Название и цель работы.

6.2. Заполненные таблицы 2.1 и 2.2

6.3. Расчетная часть в соответствии с пунктом 4.5.

6.4. Схемы измерения в соответствии с пунктами 5.1, 5.5 – 5.8 с указанием координат гнезд, которые использовались для сборки схемы.

6.5. Графики АЧХ и ФЧХ в соответствии с показаниями таблицы 2.2.

6.6. Векторные диаграммы в соответствии с пунктом 5.9.

6.7. Вывод по работе.

6.8. Ответы по допуску к работе.

6.9. Ответы на контрольные вопросы.

Таблица 2.2.

7. Контрольные вопросы

7.1. Что такое АЧХ?

7.2. Что такое ФЧХ?

7.3. Для чего нужен анализатор АЧХ и ФЧХ?

7.4. Какие параметры необходимо задать, что бы снять АЧХ и ФЧХ с помощью анализатора?

7.5. От чего зависит точность измерения, при использовании анализатора АЧХ и ФЧХ?

7.6. Для чего на анализаторе АЧХ и ФЧХ настраиваются два канала? Для чего они нужны?

7.7. От куда берется сигнал воздействия на входе схемы измерения, если окно функционального генератора не запускается и сигнал не настраивается?

8. Приложение

Применение метода комплексных амплитуд для расчета линейных электрических цепей основано на их свойстве сохранять неизменными форму и частоту воздействующего гармонического колебания.

Так, если к цепи приложено напряжение

(2.1)

то напряжение и ток на k-м элементе цепи также будут гармоническими функциями

, (2.2)

(2.3)

Неизвестными при этом являются только амплитуды , и начальные фазы , . Используя свойство суперпозиции, можно анализировать прохождение через линейную цепь не заданного сигнала (2.1), а комплексной функции , реальная часть которой равняется исходному воздействию . При этом выходной сигнал является суперпозицией откликов на составляющие входного воздействия из которого можно выделить реальную часть – отклик на . Таким образом, представляя входное воздействие в виде функции - вектора, вращающегося на комплексной плоскости с частотой , выходной сигнал (напряжение на k-м элементе) получим в виде , реальная часть которого соответствует искомому напряжению . Принимая во внимание, что входной и выходной векторы вращаются с одинаковой частотой, можно перейти к неподвижным векторам и . Это комплексные числа, которые содержат информацию об амплитуде и начальной фазе гармонических функций и называются комплексными амплитудами.

Для комплексных амплитуд напряжений и токов справедливы законы Ома и Кирхгофа. При этом вводятся понятия комплексных сопротивлений для резистора , индуктивности и емкости . Комплексные проводимости равны обратным величинам комплексных сопротивлений .

При последовательном соединении элементов суммируются их комплексные сопротивления , а при параллельном – их комплексные проводимости . Законы Ома и Кирхгофа в комплексной форме имеют следующий вид:

; ; . (2.4)

Знак перед ЭДС в последнем выражении выбирается “+“, если направление тока в контуре совпадает с направлением ЭДС и “-”, если не совпадает.

В общем виде комплексная амплитуда выходного напряжения или тока является комплексной функцией частоты входного воздействия.

Зависимость отношения комплексных амплитуд отклика к постоянному по амплитуде (действующему значению) воздействию от частоты называется комплексной частотной характеристикой цепи (КЧХ):

. (2.5)

Здесь - комплексная амплитуда входного, а - выходного напряжения или тока.

Комплексная частотная характеристика не зависит от амплитуды и начальной фазы входного воздействия и является характеристикой цепи. Модуль КЧХ называется амплитудно-частотной характеристикой цепи (АЧХ):

, (2.6)

а ее аргумент – фазо-частотной характеристикой (ФЧХ):

(2.7)

При анализе энергетических процессов в электрических цепях вводятся понятия полной , активной и реактивной мощностей:

, , , (2.8)

где и - действующие значения напряжения и тока, а - фазовый сдвиг между ними. Указанные мощности характеризуют скорость преобразования энергии источника и соответствуют различным ее составляющим. Активная мощность характеризует ту часть электрической энергии источника, которая преобразуется цепью в другие виды энергии, реактивная характеризует обмен энергией между цепью и источником, а полная – общую энергию, потребляемую цепью.