7.* Измерение частотных характеристик линейных схем.

7.1. Измерение частотных свойств RC-цепи.

Подключите в схему рис. 1.15,б вместо SCH RC-цепь, предложенную на рис. 1.16,а, выбрав сопротивление резистора R с учетом табл. 1.1, а емкость конденсатора C = 1 мкФ.

а) б) в)

Рис. 1.16. Схемы электрических цепей

Подключите измеритель частотных характеристик ко входу и выходу цепи. Выберите линейный масштаб работы прибора по оси частоты, задайте диапазон измерения по вертикали F равным 5. Подав питание, можно наблюдать на экране измерителя амплитудно-частотную характеристику цепи. Рассчитайте граничную частоту передачи предложенной цепи с использованием формулы . Установите именно эту частоту на панели управления генератором гармонического сигнала. Подайте питание на модель и, изменяя настроечные параметры осциллографа, получите на экране изображение, подобное предложенному на рис. 1.17,а.

Измерьте время задержки выходного сигнала относительно входного t₁ (интервал между вертикальными метками) и период сигнала T. Рассчитайте угол фазовой задержки φ по формуле , а, измерив амплитуды входного и выходного сигналов, рассчитайте коэффициент передачи цепи как отношение амплитуды выходного сигнала к амплитуде входного.

а) б)

в)

Рис. 1.17. Возможное состояние экранов осциллографа (а) и измерителя частотных характеристик (б, в)

При измерении АЧХ установите с помощью мышки или стрелок в окне «Текущая частота» величину, близкую к расчетной частоте f, как показано на рис. 1.17,б. Прочтите значение коэффициента передачи на этой частоте и сравните с результатом измерения осциллографом. Переведя режим работы измерителя частотных характеристик в режим измерения фазочастотной характеристики, измерьте фазовую задержку (рис. 1.17,в) и сравните с результатом расчета фазовой задержки осциллографом. Сделайте выводы из проведенного сравнения результатов. Предложите результаты в отчете по работе.

Выполните предложенные действия для схем на рис. 1.16,б и в. При этом сопротивление резистора R1 следует выбрать с учетом табл. 1.1, а R2 = 2 кОм.

Контрольные вопросы

1. Чем отличается импульсный сигнал от гармонического сигнала? Какими параметрами характеризуют эти сигналы?

2. Какими временными параметрами характеризуют два взаимосвязанных импульсных сигнала?

3. Для каких целей используется осциллограф, и какие параметры сигналов могут быть измерены с его помощью?

4. Назовите виды синхронизации осциллографа. В каких случаях используется каждый вид?

5. В чем отличие способа прямого измерения электрического параметра от косвенного измерения? Приведите примеры.

6. Если осциллограф двухканальный, то можно ли при его использовании обойтись без применения режима внешней синхронизации? Если можно, то объясните и докажите это.

7. Как с помощью низкоомного резистора и вольтметра измерить ток в цепи? Предложите схемное решение и формулу для расчета тока.

8. Если имеются два источника разнополярного напряжения относительно общего провода, то какой элемент следует использовать для обеспечения возможности менять напряжение на резисторе нагрузки от максимально отрицательного до максимально положительного? Предложите схемное решение с изображением резистора нагрузки.

9. В процессе выполнения работы производилось изменение напряжений E1 и E2. Если вольтметр подключить между выходами этих источников напряжения, то какое напряжение он покажет?

10. Как рассчитать внутреннее сопротивление источника напряжения, если известно его выходное напряжение в режиме холостого хода и выходной ток в режиме короткого замыкания?

11. Если частота первого сигнала выше частоты второго в четыре раза, то от какого сигнала при оценке их взаимного положения во времени с помощью осциллографа следует брать синхронизацию? Объясните ваш ответ.

12. Используя микроамперметр с диапазоном измеряемого тока 100 мкА и внутренним сопротивлением, близким к нулю, предложите схему вольтметра и рассчитайте добавочный резистор с таким расчетом, чтобы диапазон измерения вольтметра был равен 10 В.

13. Используя микроамперметр с диапазоном измеряемого тока 100мкА и внутренним сопротивлением, равным 1 кОм, предложите схему амперметра и рассчитайте сопротивление шунта, при котором диапазон измеряемых токов будет равен 1 А.

14. В нагрузке с сопротивлением, близким к нулю, необходимо формировать ток в диапазоне (0…5) мА. В вашем распоряжении имеется источник напряжения 5 В. Предложите схему формирования требуемого тока с использованием потенциометра и постоянного резистора, которая в зависимости от положения вала потенциометра позволяет менять ток в нагрузке в заданном диапазоне. Рассчитайте сопротивления резистора и потенциометра, предполагая при этом, что сопротивление потенциометра в (5…10) раз меньше сопротивления резистора для соблюдения примерно линейной зависимости тока от угла поворота вала потенциометра.

15. При напряжениях E1 = 5 В, E2 = –5 В предложите схему на резисторах, которая будет формировать напряжение в диапазоне от +1 В до –2 В, и рассчитайте ее в предположении использования потенциометра с сопротивлением 680 Ом.

16. При напряжениях E1 = 5 В, E2 = –5 В предложите схему на резисторах, которая будет формировать напряжение в диапазоне от +1 В до –2 В с помощью потенциометра, и рассчитайте ее в предположении, что ток через рассчитываемую цепь равен 20 мА.

17. При напряжениях E1 = 5 В, E2 = –5 В предложите схему на резисторах, которая будет формировать два напряжения: +1,2 В и –2,3 В, и рассчитайте ее в предположении, что ток через рассчитываемую цепь равен 10 мА.

18. Какая из схем рис. 1.16,а и 1.16,б является фильтром низких частот (пропускает низкие частоты с минимальными искажениями), а какая – фильтром высоких частот?

19. Как зависит коэффициент усиления усилителя рис. 1.16,в от соотношения сопротивлений резисторов?