Лабораторная работа № 8. Исследование входных и передаточных частотных характеристик электрических цепей с помощью компьютерного моделирования

Цель работы

Исследовать входные и передаточные характеристики цепей с одним реактивным элементом.

8.2 Подготовка к работе

8.2.1 Повторить раздел ТЭЦ “Частотные характеристики электрических цепей”.

8.2.2 Что называется входными АЧХ и ФЧХ электрической цепи?

8.2.3 Что называется передаточными АЧХ и ФЧХ электрической цепи?

8.2.4 Какая частота называется граничной? Рассчитать граничные частоты R3L и R 1C цепей согласно заданному варианту (таблица 8.1)

8.2.5 Написать расчётные формулы Z_вх=F(f) и j_ZBX=F(f) для RC и RL цепей .

8.2.6 Нарисовать графики входных АЧХ и ФЧХ для RC и RL цепей.

8.2.7 Написать расчётные формулы комплексных передаточных функций по напряжению Н_u(jw), j_н(w) для RL и RC цепей.

8.2.8 Нарисовать графики передаточных АЧХ и ФЧХ RL и RC цепей.

8.2.9 Чему равны передаточные АЧХ и ФЧХ на граничной частоте?

Таблица 8.1

Вариант	С, мкФ	R1, Ом	R3, кОм	L, мГн	U,B
	0,3		2,0
	0,4		2,5
	0,5		3,0
	0,2		1,5
	0,1		3,5

Порядок выполнения работы

8.3.1 Собрать схему RL₃ цепи (рисунок8.1). На схеме выставить значения L,R₃,U₁ согласно варианту (таблица 8.1). Изменяя частоту входного напряжения от 2кГц до 20кГц, измерить ток в цепи и напряжения на катушке.

Снять показания приборов и результаты занести в таблицу 8.2.

Таблица 8.2

f	I	UL	T2-T1

Рисунок 8.1

8.3.3 По полученным данным рассчитать и построить АЧХ и ФЧХ для RL цепи. Результаты расчетов занести таблицу 8.3.

Таблица 8.3

f		Входная характеристика	Передаточная характеристика
		ZВХ	φZвх	HUL	φHU

8.3.4 Собрать схему R₁C цепи (рисунок 8.2) согласно варианту (таблица8.1).

Рисунок 8.2

8.3.5 Снять показания приборов и занести в таблицу8.4

Таблица 8.4

f	I	UС	T2-T1

По полученным данным рассчитать и построить АЧХ и ФЧХ для RC цепи. Результаты расчетов занести в таблицу 8.5

Таблица 8.5

f		Входная характеристика	Передаточная характеристика
		ZВХ	φZвх	HUc	φHU

8.4 Обработка результатов экспериментов

8.4.1 По экспериментальным данным таблицы 8.2 рассчитать значения модуля Zвх=U₁/I и аргумента φ_Zвх входного сопротивления RL цепи. Результаты расчетов занести в таблицу 8.3. Построить графики входных АЧХ Z_вх =F(f) и ФЧХ j_ZBX =F(f) для RL цепи и сравнить их с теоретическими. Из графиков определить граничную частоту для RL цепи.

8.4.2 По экспериментальным данным таблицы 8.2 рассчитать значения передаточных АЧХ Нu_L= U_L/ U₁ и ФЧХ j_н (f) =90⁰- φ_Zвх для RL цепи. Результаты занести в таблицу 8.3. Построить графики передаточных АЧХ Нu_L =F(f) и ФЧХ j_н (f ) =F(f) для RL цепи и сравнить их с теоретическими.

8.4.3 По экспериментальным данным таблицы 8.4 рассчитать значения модуля Zвх=U₁/I и аргумента φ_Zвх входного сопротивления RC цепи. Результаты расчетов занести в таблицу 8.4. Построить графики входных АЧХ Z_вх =F(f) и ФЧХ j_ZBX =F(f) для RС цепи и сравнить их с теоретическими. По графикам определить граничную частоту для RC цепи.

8.4.4 По экспериментальным данным таблицы 8.4 рассчитать значения передаточных АЧХ Нu(f)=U_C/U₁ и ФЧХ j_н (f) =-90⁰- φ_Zв для RC цепи Результаты занести в таблицу 8.5.Построить графики передаточных АЧХ Н_uC= F(f) и ФЧХ j_н (f ) для RC цепи и сравнить их с теоретическими.

8.5 Методические указания

8.5.1 Входная амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) цепи-это зависимость модуля входного сопротивления от частоты Z=f( ). Входная фазо-частотная характеристика (ФЧХ) цепи – это зависимость аргумента входного сопротивления от частоты =f( ).Граничной называется частота, при которой реактивное сопротивление равно резистивному сопротивлению, т.е. в RL-цепях R= _грL, а в RC - цепях R= . Модуль входного сопротивления R ₁C цепи определяется по формуле

Z_вх= ,

а аргумент входного сопротивления определяется по формуле

.

Модуль входного сопротивления для R₃L цепи определяется по формуле

,

а аргумент входного сопротивления определяется по формуле

=arctg =arctg =arctg .

8.5.2 Комплексным коэффициентом передачи по напряжению H_u (j ) называется отношение комплексного выходного напряжения к комплексному входному напряжению , т.е. (j )= .

Для RС цепи комплексный коэффициент передачи определяется по формуле

H_uc(j )= .

Модуль комплексного коэффициента передачи по напряжению для рассчитывается по формуле H( )= , а аргумент j_н ( )=-arctg .

Для RL цепи комплексный коэффициент передачи определяется по формуле

H_UL(j ) = . Модуль комплексного коэффициента передачи по напряжению для RL цепи рассчитывается по формуле H( )= , а аргумент j_н ( )= - . На граничной частоте H_гр=0,707, = .