Переходная и импульсная характеристики линейных цепей. Временной метод анализа

Лабораторная работа  № 1.3

ПЕРЕХОДНАЯ И ИМПУЛЬСНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЕЙ. ВРЕМЕННОЙ МЕТОД АНАЛИЗА

Линейными электрическими  цепями называют цепи, состоящие из элементов, параметры которых (R, L, C) можно считать независимыми от приложенного напряжения или протекающего тока. К таким цепям применим принцип суперпозиции, согласно которому отклик цепи на сумму входных воздействий  равен сумме откликов на каждое воздействие.

 Произвольный входной сигнал может быть представлен взвешенной суммой бесконечно малых слагаемых в виде ступенчатых функций (т.н. функций единичного скачка, или функций включения, или функций Хевисайда) либо бесконечно коротких импульсов единичной площади (дельта – функций, или функций Дирака). При известном отклике данной  цепи на эти испытательные функции выходной сигнал может быть найден, в соответствии с принципом суперпозиции, в форме интеграла наложения (интеграла Дюамеля, или интеграла свёртки) с соответствующей реакцией цепи.

Реакция цепи на входное воздействие в виде функции включения называется переходной характеристикой цепи; реакция на воздействие в виде дельта – функции – импульсной характеристикой цепи.

Порядок выполнения лабораторной работы

Перед началом измерений проверить схему соединений и установить необходимые режимы работы приборов.

Осциллограф GOS-620:  вход «СН 1» подключён к разъёму «Входной сигнал» лабораторной установки, вход  «TRIG  IN» – к разъёму «Синхр.» лабораторной установки, переключатель режима «VERTICAL-MODE» – в положении «СН 1», переключатель режима входа «СН 1» – в положении «DС», переключатель режима запуска развёртки «TRIGGER-MODE» – в положении «AUTO», переключатель сигналов синхронизации «TRIGGER-SOURCE» – в положении «СН 1».

Уточнить у преподавателя схемы двух цепей, подлежащих исследованию (рис.1). Выбранные схемы  зарисовать.

Рис.1. Принципиальные схемы исследуемых цепей

Задание 1. Определение параметров используемых испытательных  импульсов

1.1  Включить питание осциллографа и лабораторной установки. Переключатель на лицевой панели лабораторной установки установить в положение «2». Переключателем чувствительности «VERTICAL – CH 1 - VOLTS/DIV» и переключателем скорости развёртки подобрать масштабы  изображения сигнала («длинного» прямоугольного импульса – физической модели функции включения), удобные для наблюдения осциллограммы. Регулировкой уровня синхронизации «TRIGGER - LEVEL» добиться получения устойчивого изображения. Зарисовать наблюдаемый сигнал, определить и записать амплитуду импульса А ₁ и его длительность  t _{и 1} .

1.2.  Переключатель на лицевой панели лабораторной установки установить в положение «3». Аналогично п.1.1 получить на экране осциллографа изображение сигнала («короткого» прямоугольного импульса – физической модели дельта - функции). Зарисовать осциллограмму, определить и записать параметры импульса А ₂ и t _{и 2} .

Задание 2. Измерение переходных и импульсных характеристик исследуемых цепей

2.1  На лицевой панели установки собрать из имеющихся элементов первую исследуемую цепь (при необходимости для замыкания цепи использовать перемычки). Установить переключатель на лицевой панели в положение «2». Вход «СН 1» осциллографа подключить к разъёму «Выходной сигнал» установки. Переключатель «TRIGGER-SOURCE» установить в положение «EXT» (внешняя синхронизация); переключатель скорости развёртки «TIME/DIV» - в положение 50 µs/div.

Подбирая соответствующее значение чувствительности «VERTICAL – CH 1 - VOLTS/DIV», получить осциллограмму выходного сигнала. Зарисовать осциллограмму (сохранение масштаба изображения не требуется). Измерить и занести в таблицу 1 мгновенные значения выходного напряжения с шагом 50 мкс по оси времени. Мгновенные значения измерять с учётом знака относительно нулевого уровня напряжения, наблюдаемого при установке переключателя «VERTICAL-MODE» в положение «GND». При колебательном характере выходного сигнала (цепь «е») целесообразный шаг измерений по временной координате установить самостоятельно.

Таблица 1

Электрическая цепь, схема …

t , мкс	0	50	100	150	200	250	300	350	400	450	500
s вых (t), В
g(t) эксп.= s вых / А1
g(t) теор..

2.2  Установить переключатель на лицевой панели установки в положение «3». Используя рекомендации  п. 2.1, получить осциллограмму выходного сигнала. Зарисовать осциллограмму, измерить и занести в таблицу 2 мгновенные значения выходного напряжения.

Таблица 2

Электрическая цепь, схема …

t , мкс	0	50	100	150	200	250	300	350	400	450	500
sвых (t), В
h(t) эксп.= s вых /А2t и2,  с-1
h(t) теор , с-1.

2.3  Собрать на лицевой панели установки вторую исследуемую цепь. Установить переключатель на лицевой панели в положение «2». Получить и зарисовать осциллограмму выходного напряжения. Произвести измерения аналогично п. 2.1 и заполнить таблицу 3, идентичную по форме таблице 1.

2.4  Установить переключатель на лицевой панели установки в положение «3». Получить и зарисовать осциллограмму выходного напряжения. Произвести измерения аналогично п. 2.2 и заполнить таблицу 4, идентичную по форме таблице 2.

Задание 3. Исследование прохождения сигнала через линейную цепь с использованием временных методов анализа

3.1  Установить переключатель на лицевой панели установки в положение «4». Вход «СН 1» осциллографа подключить к разъёму «Входной сигнал» лабораторной установки. Получить и зарисовать осциллограмму сигнала  s _вх (t) – экспоненциального импульса  с постоянной времени спада   t = 100 мкс.    Измерить и занести в таблицу 5 мгновенные значения напряжения с шагом 50 мкс по временной оси.

Таблица 5

Электрические цепи, схемы …и …

t , мкс	0	50	100	150	200	250	300	350	400	450	500
sвх (t), В
sвых 1 (t) эксп., В
sвых 1 (t) теор, В
sвых 2 (t) эксп., В
sвых 2 (t) теор, В

3.2  Вход «СН 1» осциллографа подключить к разъёму «Выходной сигнал» лабораторной установки.  Получить и зарисовать осциллограмму выходного сигнала  для собранной на панели установки второй исследуемой цепи. Измерить с заданным шагом и занести в таблицу 5 мгновенные значения выходного напряжения s_{вых 2} (t) _эксп..

3.3  Собрать схему первой исследуемой цепи. Получить и зарисовать осциллограмму выходного сигнала.. Измерить с заданным шагом и занести в таблицу 5 мгновенные значения выходного напряжения s_{вых 1} (t) _эксп..