Методические указания

к выполнению лабораторной работы № 6

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ПАССИВНЫХ РЕЗИСТИВНО-ЕМКОСТНЫХ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ СИГНАЛОВ

 

Цель работы: Изучить возможности преобразования электрических сигналов с помощью пассивных цепей на примере RC – цепи.

 

1.  ВВЕДЕНИЕ

Любое радиотехническое устройство, в том числе и относящееся к медицинской технике выполняет определенную последовательность преобразований входной информации, представленной в виде электрических сигналов, по заданному закону, который определяется необходимыми параметрами выходного сигнала. Каждый этап этой последовательности преобразований выполняется с помощью активных или пассивных элементов в зависимости от задачи данного этапа и характеристик различных элементов электрических цепей. К пассивным цепям относятся и цепи, включающие в себя только резистивные и емкостные элементы.

В данной работе предлагается изучить возможности преобразования электрических сигналов на основе пассивных RC – цепей.

 

2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

 

Теоретическая часть аналогична теоретической части в методических указаниях к пятой лабораторной работе.

 

3.ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАДАНИЕ

 

ЭЛЕМЕНТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

           

1.      Генератор синусоидальных сигналов (рис. 1, а), подключается к входу цепи (рис. 2).

2.      Осциллограф двухлучевой (рис. 1, б), подключается к входу и выходу цепи (рис. 2).

3.      Две RC-цепи (рис. 1, в).

Рис. 1.

Рис. 2.

 

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

 

1. Подключите первую RC-цепь к генератору и осциллографу по дифференцирующей схеме (рис.3, а).

Рис. 3.

2. Снимите амплитудно-частотную и фазо-частотную характеристики данной цепи, изменяя частоту сигнала в диапазоне 20 Гц – 10 кГц (50 Гц, 100 Гц, 500 Гц, и т.д.), повышая разрешающую способность измерений в районе частоты среза, изменения частоты генератора производить с помощью ручек «множитель» и «частота». Измерения производить с помощью осциллографа. Измерение частоты исходного и  преобразованного сигнала производить опосредованно через измерение периода сигнала Т вх и Т вых. Сдвиг фаз φ измерять опосредованно через временной интервал τ между максимумами исходного и  преобразованного сигнала. Данные занесите в таблицу 1.

Таблица 1.

Номер измерения / параметр		1	2	3	4	5	6	7	8	9	…
Генератор	F вх, мс
Показания по осциллографу	Т вх, мс
	Т вых, мс
	τ, мс
	U вх, В
	U вых, В
Расчётные данные	F вх., Гц
	F вых., Гц
	Φ, град.
	Кu, раз
	Кu, дБ

 

3. Подключите первую RC-цепь к генератору и осциллографу по интегрирующей схеме (рис.3, б).

4. Снимите амплитудно-частотную и фазо-частотную характеристики данной цепи, повторяя рекомендации пункта 2. Данные занесите в таблицу 2, подобную таблице 1. 

5. Подключите вторую RC-цепь к генератору и осциллографу по дифференцирующей схеме (рис.3, а).

6. Снимите амплитудно-частотную и фазо-частотную характеристики данной цепи, повторяя рекомендации пункта 2. Данные занесите в таблицу 3, подобную таблице 1.

7. Подключите вторую RC-цепь к генератору и осциллографу по интегрирующей схеме (рис.3, б).

8. Снимите амплитудно-частотную и фазо-частотную характеристики данной цепи, повторяя рекомендации пункта 2. Данные занесите в таблицу 4, подобную таблице 1

 

4. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

           

1. Рассчитайте значения частот по измеренным периодам, значения сдвига фаз φ по измеренным временным интервалам τ и значения коэффициентов передачи К в разах и дБ, данные занесите в таблицы 1, 2, 3 и 4.

2. По данным таблиц 1, 2, 3 и 4 постройте АЧХ, ЛАЧХ и ФЧХ для двух RC-цепей в дифференцирующем и интегрирующем включении. По характеристикам определите частоту f_ГР, соответствующую ослаблению выходного сигнала на 3дБ (0,707).

3. Сравните f_ГР для разных цепей. Сделайте выводы об их согласии или возможных причинах расхождения в значениях f_ГР.

 

5. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

 

1. По полученным данным рассчитать значения ёмкостей конденсаторов для двух RC-цепей, считая значение сопротивления резистора для обоих случаев равным 150 кОм.

2. По рассчитанным значениям емкостей конденсаторов и значениям сопротивлений резисторов равным 150 кОм рассчитать значения коэффициентов передачи для одной из RC-цепей, включенной по интегрирующей схеме на основе идеальных элементов для тех же частот на которых производились измерения. Результаты занести в таблицу 5. Сделать выводы о причинах совпадения и различия показаний.

Таблица 5.

Номер измерения / параметр		1	2	3	4	5	6	7	8	9	…
Генератор	F вх, мс
Данные, полученные по результатам измерений	Кu, дБ
	φ, град
Расчётные данные для RC-цепи на идеальных элементах	Кu, дБ
	φ, град.

 

 

6. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

 

Формулировка цели работы.

Схемы, таблицы с результатами измерений.

Графики АЧХ и ЛАЧХ, исследуемых цепей.

Анализ полученных результатов, необходимые расчёты и выводы по работе.

 

7. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 

Что называют делителем напряжения?

Дайте определение фильтра. Какими свойствами обладают фильтры нижних, верхних частот, полосовые и режекторные?

Какие цепи называют дифференцирующими, интегрирующими?

Из каких элементов можно построить дифференцирующую и интегрирующую цепи?

Имеются только индуктивные и емкостные элементы. Можно ли из них построить фильтр, дифференцирующую или интегрирующую цепь?

Нарисуйте частотную зависимость сопротивления резистивного и индуктивного элементов.

 

ЛИТЕРАТУРА

 

Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. -М.: радио и связь, 1986г.-512с.