Исследование временных характеристик цепей первого порядка: Методические указания к лабораторной работе по курсу ''Основы теории цепей''

МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ (ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

ОСНОВЫ ТЕОРИИ ЦЕПЕЙ

Лабораторная работа: Исследование временных характеристик цепей первого порядка.

Голованов В.В.

2003 г.

Цель работы: Экспериментальное исследование временных характеристик простейших RC- и RL- цепей, наблюдение реакции цепей на последовательность прямоугольных импульсов при различных соотношениях между длительностью импульса и постоянной времени цепи. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ 1. Элементы цепи и исследуемые цепи изображены соответственно на рис. 1 и 2. Конкретные схемы для исследования вам укажет преподаватель. 4

R

6

C

1

7

R

8

L

9

Рис. 1 R

R C

uвх

uвых

uвх

L

а)

uвых

б) L

С R

uвх

uвых

R

uвх

в)

uвых

г)

Рис. 2 Соберите экспериментальную установку в соответствии с рис. 3. МАКЕТ Генератор импульсов Г5-63

11

Источник напряжения

10

Исследуемая цепь

Осциллограф С1-76

Рис. 3 2

2. Произведите экспериментальное определение переходной характеристики цепи – реакции на единичное скачкообразное воздействие. Для этого установите параметры импульсного сигнала: длительность импульса τи = 1000 мкс, период повторения Т = 4000 мкс, амплитуда Uи = 1 В (контроль параметров осуществляется по осциллографу). Полярность импульсов, снимаемых с генератора, - отрицательная. Установите такую развертку осциллографа, чтобы наблюдать на экране однократное ступенчатое воздействие. Подключите осциллограф к выходу исследуемой цепи, наблюдайте переходную характеристику. Развертку подберите так, чтобы характеристика была достаточно растянутой. Изобразите осциллограмму переходной характеристики в отчете. Найдите по ней постоянную времени цепи. Примерные графики переходных характеристик приведены на рис. 4, там же показано, как определить постоянную времени τ.

u(t)

u(t)

Umax

Umax 0,63 Umax

0,37 Umax

t

t

τ

τ а)

б)

Рис. 4 3. Исследуйте реакцию цепи на последовательность прямоугольных импульсов. Устанавливая следующие параметры импульсов: длительность импульса а) τи = 10τ, б) τи = τ, в) τи = 0,1τ; период Т = 5τи, амплитуда Uи = 1 В, зарисуйте в одном масштабе осциллограммы входных и выходных импульсов. Отметьте, как изменяется форма выходных импульсов при варьировании их длительности. 4. Сделайте комментарии и выводы по проделанной работе. Объясните вид переходной характеристики исходя из свойств емкости, индуктивности и сопротивления, а также свойств образуемой ими одноконтурной цепи. Учти3

те, что напряжение на емкости и ток через индуктивность не могут изменяться скачком, что вследствие инерционных свойств реактивных элементов возникают переходные процессы в цепи. Поскольку прямоугольный импульс можно представить как наложение смещенных во времени ступенчатых воздействий, следует утверждать, опираясь на принцип суперпозиции и принцип инвариантности во времени линейной цепи, что форма выходного импульса определяется наложением смещенных во времени переходных характеристик. Используйте данное положение для объяснения характера выходного сигнала цепи при различных длительностях входных импульсов. Сопоставьте экспериментальные результаты с выводами теоретического анализа процессов в исследуемых цепях.

4