Исследование делителей напряжения

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 11Следующая ⇒

Цель работы

       Изучить характеристики резистивных делителей напряжения при различных нагрузках. Научиться измерять коэффициент передачи четырехполюсника с помощью осциллографа.

Аппаратное и программное обеспечение

 Рабочая станция локальной сети (персональный компьютер). Графический манипулятор мышь. Программа Electronics Workbench 5.0.

Краткие теоретические сведения

Четырехполюсник- участок цепи, имеющий два входных и два выходных зажима.

Рисунок 3.1 – Четырехполюсник

Делитель напряжения - это четырёхполюсник, у которого коэффициент передачи меньше единицы.

Отношение напряжения (тока или мощности) на выходе к напряжению (току или мощности) на входе называется коэффициентом передачи.

Рассмотрим Г-образный делитель напряжения:

Рисунок 3.2 – Г-образный делитель напряжения

Коэффициент передачи  такой цепи:

Домашнее задание

Подготовить ответы на вопросы для самопроверки.

Решить задачу: рассчитать коэффициент передачи Г-образного делителя напряжения (рисунок 3.2), если R 1 = 500+ N Ом, где N – номер записи студента в учебном журнале; R 2 = 40, 80, 160, 320, 640, 1280, 2560, 5120 Ом. Результаты расчета занести в таблицу 3.2.

Порядок выполнения работы

            Собрать схему проведения исследований.

Рисунок 3.3 – Схема для исследования Г-образного делителя напряжения

 В данной схеме используются:

G – генератор сигнала – (генерирует сигналы различной частоты и длительности синусоидальной, треугольной и прямоугольной форм);

Осц. – осциллограф – для наблюдения формы сигналов на входе и выходе;

V 1, V 2 – вольтметры (показывают действующее значение напряжения).

Записать в таблицу 3.1 значение входного напряжения (показания вольтметра   V 1) и размах входного напряжения (определить на экране осциллографа).

Таблица 3.1 – Результаты измерений входного напряжения Г-образного делителя напряжения

Изменять величину сопротивления резистора R 2 от 40 до 5120 Ом, снимать значение выходного напряжения – показания вольтметра V 2 и размах изображения выходного напряжения на осциллографе (сигнал выделен другим цветом) для всех значений R 2. Полученные данные занести в таблицу 3.2.

Таблица 3.2 – Результаты измерений выходного напряжения Г-образного делителя напряжения

Рассчитать коэффициент передачи для всех значений R 2 по показаниям вольтметра V 2

K = U вых/Uвх

Рассчитать коэффициент передачи для всех значений R 2 по величине размаха изображения на экране осциллографа:

K = клетки(вых)/клетки(вх)

Расчетные данные занести в таблицу 3.2.

Исследовать делитель с плавной регулировкой (Rк). Собрать схему, представленную на рисунке 3.4.

В данной схеме используются:

G – генератор сигнала – (генерирует сигналы различной частоты и длительности синусоидальной, треугольной и прямоугольной форм);

V1, V2 – вольтметры (показывают действующее значение напряжения).

Рисунок 3.4 – Схема для исследования делителя напряжения с плавной регулировкой

Снять значения выходного напряжения – показания вольтметра V 2. Занести полученные данные в таблицу 3.3.

Изменить сопротивление резистора R к, т.е. установить сопротивление 10% от сопротивления резистора R к, что соответствует отношению r / R к =0,9. Снять показания вольтметра V 2. Занести полученные данные в таблицу 3.3. Проделать данный пункт для значений сопротивления 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 100% от R к, т.е. для r / R к = 0,8, 0,7, 0,6, 0,5 и т.д.

Таблица 3.3 – Данные о выходном напряжении делителя напряжения с плавной регулировкой

Исследование делителя напряжения в режиме холостого хода:

R н = ∞. Повторить предыдущий опыт для делителя напряжения, работающего в режиме холостого хода. Занести полученные данные в таблицу. 3.3.

Рассчитать коэффициент передачи:             K = U вых/Uвх.

Построить график зависимости К = f(r/R к) при R н = ∞ и при R н=0,1Rк в одной системе координат.

Рисунок 3.5 – График зависимости   К = f(r/Rк) при R н = ∞ и при R н=0,1Rк

Контрольные вопросы

1 Чему равен коэффициент передачи делителя напряжения с плавной регулировкой, если движок потенциометра находится в верхнем положении? Почему? __________________________________________________________

__________________________________________________________________

2 Чему равен коэффициент передачи делителя напряжения с плавной регулировкой, если движок потенциометра находится в нижнем положении? Почему? __________________________________________________________

__________________________________________________________________

3 Какой становится зависимость коэффициента передачи делителя напряжения с плавной регулировкой от угла поворота движка при подключении нагрузки? ____________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

Выводы ____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

«___» ____________ ________г.

Лабораторная работа № 4

ИССЛЕДОВАНИЕ АКТИВНЫХ ЦЕПЕЙ

 Цель работы

 Изучение передаточных свойств цепей с активным элементом. Изучение свойств активных цепей.

Аппаратное и программное обеспечение

Рабочая станция локальной сети (персональный компьютер). Графический манипулятор мышь. Программа Electronics Workbench 5.0.

Краткие теоретические сведения

Активной называют цепь, содержащую активные элементы. Активным называют элемент, отдающий в цепь энергию большую, чем поступила на его вход. К активным элементам относят операционный усилитель, транзистор и другие.

Операционный усилитель - активный резистивный элемент, который выполняет в технике связи основной усилительный эффект. Выполняется в виде интегральных микросхем.

УГО операционного усилителя представлено на рисунке 4.1:

Рисунок 4.1 – УГО операционного усилителя

Операционный усилитель имеет 8 выводов: 2 входных, 1 выходной, 1 заземлённый и 2 для регулировки, 2 источника питания. Напряжение питания 12-15 В.

Достоинства:

1) очень высокий коэффициент усиления μ = 10⁴ - 10⁵;

2) очень высокое входное сопротивление R_вх = 10⁵ и выше;

3) маленькое выходное сопротивление R_вых = единицы Ом.

Операционный усилитель чаще используется с цепью обратной связи. Обратная связь - это цепь, через которую часть напряжения с выхода четырёхполюсника снова подаётся на вход того же четырехполюсника.

Рисунок 4.2 – операционный усилитель с цепью обратной связи

Коэффициент передачи определяется формулами:

   или .

Домашнее задание

Дать ответы на вопросы для самопроверки.

Выполнить предварительный расчет: рассчитать коэффициент передачи цепи, изображенной на рисунке 4.2, если     R ₂ = N /2, кОм,

где N – номер записи студента в учебном журнале.

Напряжение питания операционного усилителя U _пит = 20 В. Расчет выполнить для различных значений сопротивлений резистора R ₁. Результаты вычислений занести в таблицу 4.1.

Таблица 4.1- Результаты вычислений:

Порядок выполнения работы

Собрать схему электрической цепи.

   В данной схеме используются:

G - генератор сигнала;

Осц. – осциллограф;

ОУ – операционный усилитель;

  S 1 – ключ.

Рисунок 4.3 - Схема исследования операционного усилителя

Определить размах входного и выходного сигнала, определить форму выходного сигнала, рассчитать коэффициент передачи цепи и данные исследования занести в таблицу 4.2.

Исследовать фазы выходного напряжения, для чего получить осциллограммы синусоидального, треугольного и прямоугольного сигналов при замкнутом и разомкнутом ключе (с включенной и отключенной цепью обратной связи).  Изобразить полученные диаграммы.

Таблица 4.2- Данные исследования коэффициента передачи операционного усилителя

Сигнал синусоидальной формы:

Рисунок 4.4 – Временная диаграмма       Рисунок 4.5 – Временная диаграмма

при включенной цепи ОС                    при отключенной цепи ОС 

Сигнал треугольной формы:

Рисунок 4.6 - Временная диаграмма        Рисунок 4.7 – Временная диаграмма

при включенной цепи ОС                         при отключенной цепи ОС

Сигнал прямоугольной формы:

Рисунок 4.8 – Временная диаграмма        Рисунок 4.9 – Временная диаграмма

при включенной цепи ОС                    при отключенной цепи ОС 

 Контрольные вопросы

 1 Когда напряжение на входе и выходе операционного усилителя будут в противофазе и почему?   ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2  Какой формы будет сигнал на выходе операционного усилителя без обратной связи? Почему? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3 Когда и почему сигнал на выходе операционного усилителя ограничивается? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Выводы ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

«____»______________ ______г.

Лабораторная работа № 5

ИССЛЕДОВАНИЕ ВХОДНЫХ И ПЕРЕДАТОЧНЫХ АЧХ И ФЧХ RL- И RC- ЦЕПЕЙ

Цель работы

Исследовать входные и передаточные характеристики неразветвленных цепей RL и RC. Развить навыки работы с программой Electronics Workbench 5.0.

Познавательные статьи:



Техника прыжка в длину с разбега

Организация работы процедурного кабинета

Области применения синхронных машин

Оптимизация по Винеру и Калману