Принципы радиоизмерений Исследование стабилизированного выпрямителя Исследование усилительных каскадов Расчет трехфазной цепи Исследование нелинейных цепей постоянного тока Исследование электрических фильтров

Лабораторные работы по электронике и электротехнике

Интегрирующая RС-цепь

Для выполнения операции интегрирования применяется так называемая интегрирующая цепочка, схема которой изображена на рис.2.11.

 

 

 а) б)

 

Рис. 2.11. а) – емкостное и б) – индуктивное интегрирующие устройства.

При действии на входе цепочки гармонического напряжения UВх = U0ejwt ток в цепи выражается соотношением I = UВх/(R+1/jC).

Для напряжения на зажимах конденсатора С, т.е. на выходе цепочки будем иметь UВых = I =  = , где t = RC – постоянная времени. Выбирая параметры цепочки такими, чтобы wRC = wt  1, можно приближенно записать: UВых  UВх/jwt . Замечая, кроме того, что  = UВх/jw, откуда UВх = jw, получим для выходного напряжения соотношение

  UВых = , (2.11) 

показывающее, что при wRC = wt  1 или RC = t T, где Т – период входного напряжения, напряжение на выходе цепочки пропорционально интегралу входного. При этом погрешность интегрирования будет малой, если выходное напряжение много меньше входного, что эквивалентно R0. Поскольку в пассивных цепях это условие выполнить нельзя, то в качественных интеграторах применяют активные электронные схемы. Таким образом, как для дифференцирующих, так и для интегрирующих цепей для снижения погрешностей и получения выходного напряжения достаточно высокого уровня необходимо использовать активные устройства.

Емкостные интеграторы на операционном усилителе. Идеальный интегратор с ОУ можно представить в виде схемы, изображенной на рис. 2.11

 а) б)

 

Рис. 2.12. а) – емкостной интегратор с ОУ; б) - переходная характеристика интегратора на ОУ с ограниченным усилением.

Из рисунка следует, что интегратор на ОУ эквивалентен такой RC – цепи, у которой постоянная времени в (1+К) раз больше постоянной времени пассивного интегратора и, кроме того, эквивалентное действующее напряжение на выходе интегратора тоже увеличено во столько же раз. Приведенные переходные характеристики пассивной RC - цепи и активного интегратора на ОУ с ограниченным усилением показывают, что погрешность активного интегратора значительно меньше пассивного, даже при ограниченном усилении ОУ.

 Для формирования длинных импульсов в импульсной технике применяют

удлиняющую – интегрирующую цепь. В качестве такой цепи можно применить RС – цепь, но с реактивным выходом (рис.2.13, либо 2.11).

 

 

 R

 Uвх  С Uвых UВх R C UВых

 

 

 а) б)

Рис.2.13. Два варианта интегрирующих RС-цепей.

Длительность выходного импульса значительно увеличивается, если постоянная времени цепи больше длительности воздействующих на цепь сигналов: τн= RC> tu (рис.2.13). Однако, в этом случае, амплитуда выходного импульса падает. Величина амплитуды выходного сигнала зависит от соотношения tu и τн интегрирующей цепи. Действительно, можно показать, что операторный коэффициент передачи такой цепи равен К(р)=1/(1+рRС). Соответственно переходная характеристика цепи h(t)=(1-e-t /( RC)). Если же на цепь воздействует прямоугольный сигнал, то

Uвых= Uс =Um(1- e-t / (RC)) - Um(1- e-(t- tu )/ (RC)),

что видно из рис. 2.14.

 


 Uвх

Рис.2.14. Форма импульса на элементах интегрирующей цепи

 Чем больше неравенство τн> tu, тем меньше амплитуда выходного импульса. Зависимость амплитуды выходного импульса от соотношения : τн/tu показана на рис.2.15.

 Время нарастания (фронт) выходного импульса, снятого с емкости, будет равно длительности входного импульса tu, а его длительность складывается из длительности входного импульса и длительности переходного процесса, практически равно 3×t н, : tu вых≈tu вх +3×t н. В случае, если t н>>tu, то tu вых≈3×t н.

 


 Um

1- τн/tu=0,1; 2- τн/tu=0,2;  3- τн/tu=1,0; 4- τн/tu=5,0

Рис.2.15 Формы выходного сигнала интегрирующей цепи

при различных соотношениях длительности импульса с постоянной времени цепи.

Таким образом, для интегрирующей цепи должны быть выполнены неравенства:

  τн = RC> tu (2.12)

 Rг<<R (2.13)

 Rн >> 1/wС (2.14)

На рис. 2.16. показано, как искажается прямоугольный импульс дифференцирующей и интегрирующей цепями при различных соотношениях между длительностью импульса и постоянной времени цепей. Нетрудно заметить, что дифференцирующая цепь не искажает входного напряжения при большой постоянной времени, а интегрирующая цепь не искажает его при малой постоянной времени.

Рис.2.16.б Импульсы на выходе дифференцирующей и интегрирующей цепей при действии на входе прямоугольного импульса.

Порядок выполнения работы

Принадлежности к работе

Лабораторный комплекс ЛКЭЛ.

Осциллограф универсальный ОСУ-20.

Мнгофункциональный генератор-частотомер АКТОКОМ АН1001

Цифровой вольтметр В7-58/2

Паяльник.

Исследование делителя напряжения

Для заданного преподавателем коэффициента деления рассчитать R1 и R2 с учетом неравенств (2.2) и (2.3), для выполнения которых необходимо знать значения внутреннего сопротивления генератора Rг и входного сопротивления осциллографа Rн, которые можно найти в описаниях приборов. (Тип генератора задается преподавателем заранее).

Собрать рассчитанный делитель на монтажной плате или на стенде ЛКЭЛ.

Подать синусоидальный сигнал на вход делителя, пронаблюдать его на выходе.С помощью осциллографа снять частотную характеристику при UВх = const. Амплитудный размах колебаний = (5 – 10)В.

Подать на вход делителя прямоугольный сигнал с генератора, пронаблюдать и зарисовать с помощью осциллографа форму импульса на выходе делителя. Измерить длительность, время нарастания, амплитуду, измерить коэффициент передачи.

Исследование RC –цепи с активным выходом

Спаять цепь на монтажной плате или собрать на стенде ЛКЭЛ RC-цепочку с заданными номиналами.

Подать на вход цепочки синусоидальный сигнал с заданным амплитудным размахом и снять частотную характеристику. Определить граничную частоту (на уровне 0.7), при которой резистивное и реактивное сопротивления равны друг другу.

Подать на вход цепи прямоугольные импульсы с генератора разной длительности (от единиц до сотен мкс). Пронаблюдать и зарисовать (строго в одном масштабе амплитуды и времени) форму импульсов на входе и выходе цепи. Для всех случаев 3-х случаев на рис.2.16, объяснить разницу с точки зрения частотных характеристик и переходных процессов в цепи. Во втором случае измерив спад вершины выходного импульса , сравните с расчетным, вычисленным по формуле Uc = Um(1-e-tи/T).

Собрать на стенде ЛКЭЛ схему дифференциатора по схеме рис. 2.7. и выполнить все вышеуказанные пункты. Сравнить результаты активного и пассивного дифференциаторов.


Исследование выпрямителя однофазного и трехфазного токов