![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Исследование R–C делителей напряжения
Лабораторное занятие № 2 I. Цель занятия 1.Получить практические навыки создания делителей напряжения из пассивных электронных элементов с требуемыми параметрами. 2.Исследовать переходные процессы в резистивно-реактивных R–C делителях напряжения и на этой основе определить возможности их практического использования. II. Основные теоретические положения 1.Делитель напряжения R–C типа состоит из резистора R и конденсатора С, включенных последовательно (рис.1а) На вход делителя от генератора Ег (t) подается прямоугольный импульсный сигнал длительностью tи и амплитудой Umг.
При этом напряжение изменяется от 0 до уровня Umг. Переходный процесс практически заканчивается за время tПП, равное tПП=(3…5)t. (2) От величины постоянной времени t=RC зависит на сколько возрастет напряжение на конденсаторе при его заряде от момента t1 до момента t2 (рис.1б). Процесс разряда также происходит по экспоненциальному закону и описывается выражением:
При этом напряжение изменяется от начального уровня напряжения U0 почти до 0. Необходимо иметь ввиду, что для делителя в любой момент времени t сумма падений напряжений на резисторе и конденсаторе равна напряжению, подаваемому от генератора: Eг(t)=UC(t)+UR(t). (4) Если t< < tи, переходные процессы завершаются за малое время, конденсатор быстро заряжается и заряжается. В результате на резисторе R выделяется напряжение в виде коротких всплесков напряжения. При t> > tи переходные процессы не заканчиваются в течение длительности импульса tи. Напряжение заряда на конденсаторе UC(tи) невелико, а на резисторе практически повторяет напряжение генератора.
III. Методика выполнения занятия Лабораторное занятие выполняется на персональном компьютере в среде программы Electronic WorkBench. На занятии используются следующие электронные элементы: – заземление GND; – источник напряжения (батарея) Е; – резистор R1; – конденсатор С1; – автоматический переключатель К; – осциллограф; – точки соединения проводников.
ЗАДАНИЕ 1. Приобрести практические навыки составления электронных схем, установки параметров элементов, моделирования работы схемы и анализа результатов моделирования. 1. Создать на диске D в каталоге СТУДЕНТЫ подкаталог: Электроника_Специальность_Номер варианта. Например: Электроника_230106_ вариант-3 Схема исследуемого R – C делителя напряжения изображена на рис.2.
В качестве генератора прямоугольных импульсов используется переключатель К, который подключает на заданный промежуток времени tи источник питания Е к делителю, формируя входной сигнал Ui. Установить следующие параметры переключателя: время включения – Time on=0.5s, время выключения – Time off=5s (в секундах). Такие параметры соответствуют длительности импульса tИ=4, 5 с. Контронтрольно-измерительным прибором для наблюдения сигналов является осциллограф, к каналу А которого подключен входной сигнал Uin (красный проводник), а к каналу В – выходной сигнал Uout=UC (синий проводник). Общий проводник (земля) подключен к клемме GND. Настроить осциллограф, установив следующие параметры: режим развертки – Y/T (по вертикали – напряжение сигнала, по горизонтали – время); длительность развертки (TIME BASE) – 1s/div (1 секунда/деление); чувствительность обоих каналов (CHANNEL A, CHANNEL B) – 5V/div (5 вольт/деление); смещение по вертикали обоих каналов (Y POS) – 0.00; режимы входов обоих каналов –DC (открытый вход). 2. Сохранить схему в файле с именем «RС-делитель-1-№вар» в созданном каталоге. 3. Запустить процесс моделирования путем нажатия кнопки, расположенной в правом верхнем углу экрана, в положение «1». Наблюдать на экране осциллографа процесс изменения значений напряжений исследуемых сигналов во времени. После завершения переходных процессов в схеме остановить моделирование нажатием кнопки в положение «0».
Более детальное изображение полученной временной диаграммы с целью ее анализа можно получить путем включения подкоманды Analysis/Display Graphs. Изображение такой диаграммы представлено на рис.3. 3. Выполнить анализ полученных результатов. Рассчитать значение постоянной времени цепи заряда и разряда t. Рассчитать значение длительности переходного процесса tПП»3t. Рассчитать значения выходного напряжения UO(t)= UC(t) в моменты начала t=t1 и окончания t= t2 входного сигнала согласно выражению (1) соответственно:
Сравнить результаты расчетов с результатами моделирования. Примечание. Для производства вычислений используйте стандартную программу «Калькулятор» Windows путем вызова её кнопкой «Пуск» (Пуск / Программы / Стандартные / Калькулятор). Установить вид – инженерный. Для вычисления значения еХ применить функцию натурального логарифма lnX, установив флажок обратной функции – Inv. 4.Изменить схему делителя для исследования выходного напряжения UOut(t)=UR(t) путем взаимной перестановки элементов R и С как это изображено на рис.4.
5. Сохранить схему в файле с именем «RС-делитель-2-№вар» в созданном каталоге. Запустить процесс моделирования и наблюдать на экране осциллографа процесс изменения значений напряжений исследуемых сигналов во времени (рис.5).
Рассчитать значения выходного напряжения UO(t)= UR(t) в моменты начала t=t1 и окончания t= t2 входного сигнала согласно выражению (4) соответственно:
Выполнить анализ полученных результатов моделирования. ЗАДАНИЕ 2. Исследовать переходные процессы в R–C делителе при заданных значениях параметров входного сигнала и электронных элементов. 1. Открыть поочерёдно схемы для исследования выходного напряжения UOut(t)=UC(t) (рис.2) и UOut(t)=UR(t) (рис.4). Установить значения параметров элементов по варианту, заданному преподавателем, согласно табл.1.
2. Выполнить моделирование функционирования схемы и провести анализ полученных результатов. Рассчитать значение постоянной времени цепи заряда и разряда t. Рассчитать значение длительности переходного процесса tПП»3t. Рассчитать значения выходного напряжения UOut(t)= UC(t) в моменты начала t=t1 и окончания t= t2 входного сигнала. Расчетные и экспериментальные данные для заданного варианта параметров схем занести в графы формы 1
3. Установить значения параметров элементов по варианту, заданному преподавателем, согласно табл.2.
5. Выполнить моделирование функционирования схемы и провести анализ полученных результатов. Рассчитать значения: постоянной времени цепи заряда и разряда t. длительности переходного процесса tПП»3t. выходного напряжения UO(t)= UC(t) в моменты начала t=t1 и окончания t= t2 входного сигнала. Расчетные и экспериментальные данные для заданного варианта параметров схем занести в графы формы 2
IV. Содержание отчета 1.Наименование и цель занятия. 2.Схемы R – C делителей для исследования выходного напряжения UOut(t)=UC(t) и UOut(t)=UR(t). 3.Временные диаграммы (осциллограммы) напряжений входных Uin(t) и выходных UOut(t) сигналов при заданных параметрах элементов по заданию 1. 4.Временные диаграммы (осциллограммы) напряжений входных Uin(t) и выходных UOut(t) сигналов при заданных параметрах элементов по заданию 2. 4.Формы 1 и 2 с расчетными и экспериментальными данными для заданных наборов параметров схем по заданию 2 5.Выводы относительно различия полученных данных для разных наборов параметров схем. Литература:
|