Лабораторная работа по курсу: Радиотехнические цепи и сигналы Линейные цепи с постоянными параметрами



страница1/27
Дата12.09.2017
Размер3,33 Mb.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   27
министерство образования российской федерации
Московский физико-технический институт

(государственный университет)


Кафедра радиотехники

Лабораторная работа


по курсу: Радиотехнические цепи и сигналы

Линейные цепи с постоянными параметрами


Москва 2001


Составитель Ю.П.Озерский.


УДК 621.37
Лабораторная работа по курсу: Радиотехнические цепи и сигналы.

Линейные цепи с постоянными параметрами/МФТИ.

М., 2001, 48 с.

Московский физико-технический институт

(государственный университет), 2001

Содержание


  1. Введение 4

  2. Сигналы. Методы анализа и синтеза линейных
    цепей 7

    1. Сигналы, как функции времени 7

    2. Связь между током и напряжением для эле-
      ментов цепи в интегро-дифференциальной
      временной форме 8

    3. Метод дифференциальных уравнений 8

    4. Метод интеграла Дюамеля, переходные
      характеристики цепей 10

    5. Спектральное представление сигналов 13

    6. Комплексное, векторное и спектральное
      представление синусоидального сигнала 14

    7. Комплексный (символический) метод 17

      1. Дифференцирование и интегрирование
        комплексных сигналов 18

      2. Сложение комплексных сигналов, век-
        торные диаграммы 19

      3. Связь между синусоидальными током и
        напряжением для элементов цепи в ком-
        плексной форме 19

      4. Комплекный коэффициент передачи,
        амплитудно-частотные и фазо-частотные
        характеристики 20

    8. Спектральный метод 26

  3. Исследуемые цепи. Задания 29

    1. Пассивные цепи 29

      1. Интегрирующая и дифференцирующая
        цепи, неминимально-фазовый четырех-
        полюсник (мост) 29

      2. RC-четырехполюсники 2-го порядка 32

      3. LCr- и LCR-четырехполюсники 2-го
        порядка 34

      4. Двойной Т-образный мост 38

    2. Активные цепи 40

      1. Построение активных цепей 40

3.2.2. Фильтр нижних частот 41

3.2.3. Полосовые фильтры 43

3.2.4. Режекторный фильтр 45

3.2.5. Регулятор тембра звуковых частот 46

Список литературы 47


  1. Введение

Важнейшими сторонами человеческой деятельности являются получение и обмен информацией, а также управление на ее основе экономической, социальной, научно- технической и другими сферами жизни любого государства.

Наиболее эффективными по быстродействию, точности, емкости памяти, надежности и удобству пользованию средствами решения названных задач являются радиотехнические средства. Этим объясняется широкое развитие радиовещания, телевидения, радиотелефонии, радиосвязи, радиотелеметрии, радиолокации, радионавигации, сетей ЭВМ (в частности, Интернета), электронных систем моделирования разнообразных физических процессов и явлений, систем автоматического управления объектами и т.п.

Целью настоящей лабораторной работы является изуче-ние линейных радиотехнических цепей с постоянными пара-метрами. Работа выполняется на ЭВМ с помощью программы схемотехнического моделирования Micro Cap , версия 6.

Цепью называют совокупность радиотехнических элемен-тов, соединенных проводами и электромагнитными полями. В данной работе рассматриваются цепи, состоящие из дискрет-ных элементов: резисторов, конденсаторов, катушек индук-тивности, операционных усилителей. Такие цепи являются реальными частями большинства радиоустройств. Кроме того, подобные цепи используют как приближенные модели при исследовании ряда сложных элементов и устройств.

Подаваемые на цепь, существующие в них и выводимые из цепей токи, напряжения и электромагнитные колебания (радиоволны) обобщенно называют сигналами.

С помощью цепей создают, усиливают и преобразуют разнообразные сигналы, которые и используют в качестве носителей информации и управляющих воздействий.

Простейшими элементами радио-цепей являются двухполюсники. Они бывают активными и пассивными.



Активные двухполюсники содержат источники энергии, которую они вносят в цепь. На схемах активные двухполюсники изображают в виде генератора напряжения или генератора тока. Простейший генератор напряжения содержит последовательно соединенные источник электродвижущей силы (ЭДС) и выходное сопротивление (обычно малой величины). Простейший генератор тока содержит параллельно соединенные источник тока и выходное сопротивление (обычно большой величины).

Пассивные двухполюсники либо потребляют энергию, подводимую к цепи, либо на некоторое время запасают ее малые количества, а затем отдают эти запасы в цепь. Первые из их называют резистивными, это – резистор с сопротивлением R (Ом), диод и др. Вторые называют реактивными – это конденсатор с емкостью C (Фарада) и катушки с индуктивностью L (Генри).

Пассивные двухполюсники делятся также на линейные и нелинейные. У линейных двухполюсников связь между напряжением на них и протекающим током задается линейной функцией, у которой приращение функции пропорционально приращению ее аргумента. У таких двухполюсников величины их параметров не зависят от протекающих токов и напряжений на двухполюснике. Если же параметры независимо изменяют во времени по заданному закону, то такие линейные двухполюсники называют параметрическими.

У нелинейных двухполюсников величины их параметров зависят от протекающего тока или падения напряжения и по-этому связь между током и напряжением у таких двухполюсников задается нелинейными функциями.

Цепи, составленные из двухполюсников, также могут быть линейными, нелинейными, параметрическими, пассив-ными, активными. Важным свойством линейных цепей явля-ется подчинение их принципу суперпозиции, который заключа-ется в том, что отклик цепи на сумму нескольких входных воздействий равен сумме откликов на каждое из них. Примеры четырехполюсников, составленных из этих элементов, показ-ны на рис. 1. Они соответственно называются: интегрирующая цепь, дифференцирующая цепь, форсирующая цепь, LCr-


-четырехполюсник.




Четырехполюсник – это цепь с одним входом и одним выходом. Многополюсники имеют большее число входов или выходов. К активным четырехполюсникам и многополюсни-кам, в частности, относят такие управляемые (усилительные) элементы, как электронные лампы, биполярные и полевые транзисторы, операционные усилители и др.

Существуют две основные задачи, которые приходится решать при использовании и проектировании цепей – это задача анализа цепи и задача синтеза цепи.



Анализом заданной цепи называют нахождение ее выходного сигнала y(t) при известном входном сигнале x(t)

Синтезом цепи называют нахождение ее структуры и параметров, при которых заданный входной сигнал x(t) преобразуется в требуемый выходной сигнал y(t).

Некоторые методы решения этих задач для линейных це

пей рассмотрены ниже.


  1. Сигналы. Методы анализа и синтеза линейных цепей

    1. Сигналы, как функции времени.

Сигналы в радио-цепях, как правило, изменяются во времени. Их классификация весьма обширна. Здесь отметим лишь следующее.

Различают детерминированные сигналы, которые можно описать известными математическими функциями времени, и случайные сигналы, значения которых в любые моменты времени заранее неизвестны и могут быть предсказаны лишь с некоторой вероятностью, меньшей единицы. В данной работе рассматриваются только детерминированные сигналы. Они могут быть периодическими и непериодическими, заданными на конечном интервале времени, то есть финитными, либо на всем интервале от минус до плюс бесконечности и т.д. Особо отметим синусоидальный (гармонический) сигнал x(t) =


= Amcos(0t + 0), существующий на временном интерввале от минус до плюс бесконечности, у которого амплитуда Am
(Am  0), угловая частота 0 и начальная фаза 0 неизменны во времени. Такой сигнал при прохожднии через любые линейные цепи остается гармоническим (возможно лишь с изменением величины амплитуды и начальной фазы).

Из-за произвольного вида входных сигналов и большого разнообразия типов цепей невозможно разработать универсальный метод анализа и синтеза любых цепей.

Вместе с тем, достаточно общим и широко применяемым способом представления произвольных детерминированных сигналов является их запись в виде эквивалентной суммы известных типовых сигналов. Такую операцию называют разложением сигнала. Результат разложения сигнала на синусоидальные функции (в ряд и интеграл Фурье) называют частотным спектром сигнала, а метод анализа и синтеза цепей с использованием операций над такими частотными спектрами называют спектральным. (Методы исследования цепей, опе-рирующие непосредственно входными сигналами, как функ-циями времени, иногда называют временными методами). Применяют также многие другие разложения, например, в ряд Котельникова, по функциям включения 1(t), по дельта-

-функциям (t), по функциям Уолша, вейфлет-анализ и.т.д



    1. Связь между током и напряжением для элементов

цепи в интегро-дифференциальной временной форме

Напомним связь между током, протекающим через двухполюсник, и напряжением на нем для элементов R, C и L, выраженную в интегро-дифференциальной форме.

Для резистора:

u(t) =R i(t), i(t) = u(t) /R = G u(t), (1)

где G = 1/R – проводимость (Сименс).



Для конденсатора:

u(t) = i(t) = , (2)

где q(t) – заряд (Кулон).



Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   27


База данных защищена авторским правом ©grazit.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница