Лабораторна робота № 4

ЧАСТОТНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОСТИХ КІЛ

Мета роботи – дослідження вхідних та передатних характеристик кіл з одним реактивним елементом, визначення частотних діапазонів із заданим рівнем ослаблення, побудова годографів комплексних частотних характеристик.

Опис роботи

В роботі досліджуються нерозгалужені R-C та R-L кола, а також навантажене активним опором R-C коло, складені з елементів набірного поля, які вибираються студентами самостійно. Електричні схеми досліджуваних кіл зображені на рис. 13.

а) б) в)

Рисунок 13 – Електричні схеми вимірюваних кіл першого порядку

Для прикладу наведемо лише вхідну і передатну характеристики (transfer characteristic) R-C кола рис. 13, а.

               (19)

               (20)

Частоту , на якій реактивний і активний опори кола однакові, тобто , називають граничною. Гранична частота (cutoff) визначається через параметри R-C кола за співвідношенням , що дозволяє виразам для і надати вигляду

               (21)

                    (22)

На рис. 14, а зображені АЧХ і ФЧХ вхідного опору, а на рис. 14, б – коефіцієнта передачі за напругою, які для кіл з одним накопичувачем енергії завжди мають монотонний характер.

а) б)

Рисунок 14 – Теоретичні графіки АЧХ і ФЧХ вхідного опору (а) і коефіцієнта передачі за напругою (б) кола на рис. 13, а

При дослідженні частотних характеристик реальних кіл слід враховувати їх можливі відхилення від теоретичних, що викликано наявністю у кожного елемента паразитних параметрів.

Завдання

1. Скласти коло згідно з рис.15.

Рисунок 15 – Електрична схема підключення обладнання для вимірювання частотних параметрів кіл першого порядку

На рис. 15 К₁, К₂ – клеми для підключення досліджуваних елементів, К₃ – навантаження.

2. Підключивши до клем К₁ – опір, а К₂ – конденсатор, зняти АЧХ і ФЧХ вхідного опору і коефіцієнта передачі напруги. Частоту змінювати в межах, в яких . Провести виміри на частоті . Результати занести до табл. 10.

Таблиця 10 – АЧХ і ФЧХ ненавантаженого R-C кола

Мостом змінного струму виміряти параметри досліджуваних елементів і результати записати до верхнього рядка табл. 10.

3. Підключивши до клем К₃ кола рис. 15 навантаження, опір якого в декілька разів перевищує активний опір кола, повторити дослід п. 2.

Результати занести до табл. 11.

Таблиця 11 – АЧХ і ФЧХ навантаженого R-C кола

Виміряти і записати величину опору навантаження.

4. Підключивши до клем К₁ кола рис. 15 опір, а до клем К₂ індуктивність, зняти АЧХ і ФЧХ вхідного опору і коефіцієнта передачі напруги (при розімкнених клемах К₃). Частоту змінювати в межах, в яких . Провести виміри на частоті . Результати занести до
табл. 12.

Таблиця 12 – АЧХ і ФЧХ ненавантаженого R-L кола

Виміряти також параметри використаних опору та індуктивності і занести їх до табл. 12.

Обробка результатів

1. За результатами дослідів побудувати АЧХ і ФЧХ вхідного опору і коефіцієнта передачі напруги досліджуваних кіл, вказавши на них граничну частоту (для кожного кола окремі графіки).

2. Для одного з досліджених кіл побудувати теоретичні АЧХ і ФЧХ в одній системі координат з експериментальними.

3. Для одного з досліджених кіл побудувати годографи вхідного опору і коефіцієнта передачі – експериментальний і теоретичний.

Контрольні запитання

1. З чим пов’язана частотна залежність АЧХ і ФЧХ вхідного опору і коефіцієнта передачі напруги?

2. Наведіть приклади кіл, в яких:

2.1. Вхідні і передатні АЧХ і ФЧХ рівномірні, тобто залежність від частоти відсутня.

2.2. Вхідна АЧХ частотнозалежна, а передатна АЧХ рівномірна.

3. Подільник напруги складається в двох послідовно з’єднаних конденсаторів з параметрами R₁, C₁ і R₂, C₂. За яких умов АЧХ і ФЧХ коефіцієнта передачі напруги будуть рівномірними?

4. Доведіть, що в електричних колах з одним реактивним елементом частотні характеристики завжди монотонні.

Література

[1, С. 26–30; 10, С. 113–125; 11, С. 147–157; 12, С. 52–63]