Лабораторна робота 9 дослідження частотних та перехідних характеристик rc - схем
Мета роботи:
вивчення особливостей передачі та формування сигналів за допомогою RC-схем;
набуття навиків побудови частотних та перехідних характеристик;
експериментальне визначення верхньої та нижньої граничних частот, частотних та часових спотворень електричних сигналів під час їх проходження через електричні та електронні кола;
ознайомлення з особливостями використання диференціюючих та інтегруючих кіл.
Література: [1, с. 192-196].
Стислі теоретичні відомості
1. Аналіз схем у часовій та частотній областях
Прості б
Рис. 9.1 RC-схеми: а диференціююча; б інтегруюча.
В імпульсних та цифрових системах одним із важливих параметрів є швидкодія. Для визначення цього параметра використовують тестові сигнали. Порівнюючи реакцію на виході схеми із сигналом, що подається на вхід, визначають необхідні параметри та характеристики схеми. Так роблять не лише при теоретичних розрахунках, але і під час настроювання апаратури.
Для оцінки швидкодії як тестові використовують сигнали, що описуються східчастою функцією, або прямокутні імпульси. При цьому реакція та складні радіоелектронні схеми при їх аналізі зображають за допомогою еквівалентних схем, що містять в собі резистори, конденсатори, індуктивності, керовані генератори струму та напруги. У таких схемах інерційність, наявність часових та частотних спотворень моделюють за допомогою L- та C-елементів. Електричні кола з елементами, що накопичують енергію (C та L) суттєво відрізняються від кіл, що складаються виключно з резисторів. В останніх з вимкненням незалежних джерел усі напруги і струми миттєво стають рівними нулю. Навпаки, в електричних колах з С- та L-елементами струми і напруги залишаються деякий час навіть після вимкнення незалежних джерел. Ці напруги та струми зменшуються за відповідним для даної схеми законом. Перехідний процес продовжується доти, доки вся накопичена енергія не розсіється на резисторах.
Параметри та можливості використання конкретної схеми можна оцінювати аналізуючи процеси в RC- та RL-колах. У лабораторній роботі досліджуються тільки RC-кола. У схемах можуть бути безліч комбінацій резисторів з конденсаторами. Шляхом різних перетворювань згадані комбінації зводяться до двох типів RC-схем: диференціюючих (рис 9.1, а) та інтегруючих (рис. 9.1, б).
a схеми являє собою характеристику, яка дозволяє визначити тривалість переходу схеми з одного стану в інший і дає можливість оцінити швидкодію. Таким чином імпульсні та цифрові схеми досліджують у часовій області, що дозволяє оцінити частотні спотворення імпульсів.
Для значного класу електричних та електронних схем важливим є оцінка їх спроможності передавати (підсилювати) сигнали у необхідному діапазоні частот, тобто мати необхідну смугу пропускання. Для цього використовують частотні параметри схем, а аналіз проводять у частотній області. У цьому випадку як тестові використовують гармонічні сигнали різної частоти.
Електричні кола, побудовані винятково на ідеальних резисторах, не змінюють співвідношення опорів зі змінюванням частоти вхідного сигналу, а тому мають сталий коефіцієнт передачі напруги. Амплітудно-частотна характеристика (АЧХ) схеми, тобто залежність модуля коефіцієнта передачі від частоти KU(), у цьому випадку являє собою горизонтальну лінію.
Наявність передбачених та непередбачених (паразитних) ємностей та індуктивностей зумовлює значну залежність коефіцієнта передачі схеми від частоти (рис. 9.2, 9.3).
Рис.9.2. Частотна Рис.9.3. Частотна