Формирование входного сигнала
Б.П. Поллак, Л.И. Пейч, Д.А. Точилин
ОСНОВЫ ТЕОРИИ ЦЕПЕЙ
Лабораторные работы № 10, 11, 13, 14
Методическое пособие
по курсу
«Основы теории цепей»
для студентов, обучающихся
по направлению «Радиотехника»
Под ред. В.А. Гречихина
Москва Издательский дом МЭИ 2009
УДК
621.396
О–753
Утверждено учебным управлением МЭИ
Подготовлено на кафедре основ радиотехники
Рецензент: канд. техн. наук Е.Е. Чаплыгин
Поллак Б.П., Пейч Л.И., Точилин Д.А.
О–753 Основы теории цепей.
Лабораторные работы № 10, 11, 13, 14: методическое пособие /
Б.П. Поллак, Л.И. Пейч, Д.А. Точилин; под ред. В.А. Гречихина. – М.: Издательский дом МЭИ, 2009. – 32 с.
Сборник содержит описания четырех лабораторных работ, посвященных изучению основных понятий и методов теории линейных и нелинейных радиотехнических цепей, а также цепей с распределенными параметрами. Изучаются: переходные процессы в апериодических и колебательных цепях (работа № 10), апериодические и колебательные цепи при импульсных воздействиях (работа № 11), резистивная цепь с нелинейным двухполюсником (работа № 13), стационарные процессы в линии передачи (работа № 14).
Сборник предназначен для студентов радиотехнического факультета (всех специальностей).
Продолжительность лабораторных занятий – 4 часа.
© Московский энергетический институт
(технический университет), 2009
ВВЕДЕНИЕ
Сборник содержит описания четырех лабораторных работ по курсу «Основы теории цепей». Предлагаемые работы посвящены изучению основных понятий и методов теории линейных и нелинейных радиотехнических цепей, а также цепей с распределенными параметрами.
Лабораторные работы поставлены на базе всего предшествующего опыта преподавания теории радиотехнических цепей, накопленного кафедрой основ радиотехники. В частности, прототипами приведенных работ послужили соответствующие работы из предыдущего аналогичного сборника (Баскаков С.И., Радченко С.Г. Лабораторные работы по курсу ОТЦ: Радиотехнические цепи / Под ред. Б.П. Поллака. – М.: Издательство МЭИ, 1994).
Особенность предлагаемого лабораторного практикума — все работы выполняются на одной и той же многофункциональной лабораторной установке для изучения радиотехнических цепей и сигналов. Она отличается от обычно используемых лабораторных установок аналогичного назначения — в ней нет обычных генераторов и измерительных приборов, а их функции выполняет компьютерная генераторно-измерительная система.
Ниже приведены краткие описания установки и генераторно-измерительной системы.
Многофункциональная лабораторная установка
для изучения радиотехнических цепей и сигналов
Лабораторная установка (рис.1) состоит из двух основных частей — лабораторного стенда и персонального компьютера.
Изучаемая цепь собирается на лабораторном стенде из имеющегося в стенде и прилагаемого к нему набора схемотехнических элементов (резисторов, конденсаторов, индуктивных катушек и т.п.). В предлагаемых лабораторных работах используется универсальный лабораторный стенд «Сигнал-1».
 |
Рис.1. Лабораторная установка
Входной сигнал формируется компьютерной генераторно-измерительной системой. Он подается на цепь с генераторного выхода системы. Входной и выходной сигналы измеряются той же генераторно-измерительной системой. Измеряемый сигнал подается на измерительный вход системы.
Компьютерная генераторно-измерительная система представляет собой аппаратно-программную систему [4], специально разработанную для изучения радиотехнических цепей и сигналов. Аппаратная часть системы размещена частично в лабораторном стенде и частично — в компьютере.
Лабораторный стенд «Сигнал-1»
В лабораторных работах по курсу ОТЦ используются только генераторно-измерительная часть стенда и панель для сборки цепи.
Панель для сборки цепи (рис.2) содержит достаточное количество гнезд, в которые вставляются сменные элементы собираемой схемы и соединительные проводники. Гнезда электрически соединены друг с другом и не соединены ни с какими другими элементами стенда.
 |
Рис.2. Панель для сборки цепи
Выходные гнезда генератора и входные гнезда измерителя расположены рядом с панелью для сборки цепи (слева и справа от нее).
Компьютерная генераторно-измерительная система
(краткое руководство для пользователя)
Компьютерная генераторно-измерительная система предназначена для изучения радиотехнических цепей и сигналов методами автоматизированного физического эксперимента и математического моделирования.
Вход в систему
· На рабочем столе найдите ярлык «Генераторно-измерительная система» и вызовите эту систему. На экране появится «заставка» системы.
· Из меню «заставки» вызовите нужную подсистему. На экране появится «передняя панель» выбранной подсистемы (название подсистемы указано на клавише вверху слева).
Выбор режима работы
· Для выбора нужного режима работы на передней панели имеются желтые клавиши со значком «u». Каждая из них раскрывает свое меню:
▼ клавиша вверху слева — для смены подсистемы, т.е. для смены изучаемых объектов (частотные характеристики, нелинейные цепи, цепи и сигналы, случайные процессы);
▼ клавиша вверху посередине — для выбора изучаемых характеристик цепей или сигналов (АЧХ, ФЧХ, осциллограммы, спектры и т.п.);
▼ клавиши в третьей строке снизу — для выбора математической модели формируемого сигнала (клавиша слева — тип сигнала, клавиша справа (с цифрой) — подтип, между ними — математическая модель сигнала);
▼ клавиши во второй строке снизу — для выбора математической модели изучаемой цепи (клавиша слева — тип цепи, клавиша справа (с цифрой) — подтип, между ними — математическая модель цепи);
▼ клавиша вверху справа — для смены отображаемых параметров выбранных математических моделей (параметры сигнала, параметры цепи).
· Клавишами отображения (над экраном) включите отображение нужных и отключите отображение ненужных характеристик:
§ клавиша «Расч.вх» — расчетный входной сигнал (рассчитанный по выбранной математической модели сигнала);
§ клавиша «Генер» — реальный входной сигнал (измеренный на генераторном выходе системы);
§ клавиша «Измер» — реальный выходной сигнал (измеренный на измерительном входе системы);
§ клавиша «Расч.вых» — расчетный выходной сигнал (рассчитанный по выбранным математическим моделям сигнала и цепи).
· В подсистеме «Частотные характеристики» или «Нелинейные цепи» клавишами запуска и режима измерений (внизу) запустите подсистему и установите нужный режим (однократный или непрерывный, со звуковой информацией об измерениях или без нее). Клавиши запуска и режима измерений работают только при включенном отображении измеряемых характеристик.
Формирование входного сигнала
· В подсистеме «Характеристики сигналов и цепей»:
▼ выберите тип и подтип сигнала;
▼ переключателем «Точность» или «Период» (под таблицей параметров) выберите требуемую точность установки частоты (для непрерывных сигналов) или требуемый период (для импульсных сигналов);
▼ введите в таблицу параметры расчетного входного сигнала (вводимые в таблицу значения частоты будут округляться в соответствии с выбранной точностью или выбранным периодом);
▼ клавишей «Калибровка» (над экраном справа) при необходимости скорректируйте возможное отклонение генерируемого напряжения от заданного.
В подсистемах «Частотные характеристики» и «Нелинейные цепи» входной сигнал — гармонический (в таблицу вводятся его параметры).
Форматирование графиков
Для управления графиками служит блок регуляторов (рис.3), расположенный под экраном справа.
Рис.3. Блок управления графиками
Регуляторы позволяют:
· фиксаторы автошкалирования (крайние слева) — включить или выключить непрерывное автошкалирование по каждой оси;
· кнопки «x» и «y» (если они «отжаты») — произвести одноразовое автошкалирование по соответствующей оси;
· «лупа» — изменить масштаб отображения. Из открывающегося меню можно выбрать варианты:
1) растянуть выделенный прямоугольник;
2) растянуть выделенный интервал горизонтальной оси;
3) растянуть выделенный интервал вертикальной оси;
4) вернуться к предыдущему масштабу;
5) растянуть изображение от указанной точки;
6) сжать изображение к указанной точке;
· «захват рукой» — передвигать графики по экрану;
· «+» — захватить курсор указателем мыши и переместить его.
Работа с курсорами
С помощью курсоров можно измерить характерные значения напряжения, времени, частоты и т.п. в любой точке экрана. Для работы с курсорами служат два блока управления (рис.4), расположенные под экраном:
Рис.4. Блоки управления курсорами
· посередине — блок кнопок «ручного» управления (вправо-влево, вверх-вниз). «Нажимая» на соответствующую кнопку можно перемещать «активные» (отмеченные «■») курсоры;
· слева — редактор курсоров. В каждой строке имеет 6 позиций (слева направо):
1 – номер курсора;
2 – абсцисса центра курсора;
3 – ордината центра курсора;
4 – кнопка активизации курсора («активный» отмечается «■»);
5 – редактор изображения курсора (при потере курсора — «Bring to Center»);
6 – переключатель «привязки» курсора к графикам.
Правила
выполнения лабораторных работ в лаборатории ОТЦ
Подготовка к лабораторному занятию заключается в изучении соответствующего раздела курса (по учебнику или конспекту лекций) и выполнении домашнего задания.
Отчет по домашнему заданию представляется каждым студентом индивидуально.Если отчет не представлен или выполнен неудовлетворительно, то студент к лабораторной работе не допускается.
В процессе выполнения лабораторного задания студенты, как правило, зарисовывают (с экрана) различные графики. Графики можно зарисовывать «от руки», но с примерным соблюдением масштаба. На зарисованных графиках должныбыть приведены шкалы значений измеряемых величин и указаны условия эксперимента.
Выполнив лабораторное задание, следует, не выключая установку, предъявить результаты преподавателю.
По окончании занятия (после приема результатов работы преподавателем) следует выключить установку, разобрать схему, сдать лаборанту набор проводов и комплектующих деталей, навести порядок на рабочем месте.
Отчет по лабораторной работе представляется каждым студентом индивидуально. Он должен содержать:
1) материалы домашней подготовки;
2) исправление выявленных в них ошибок;
3) оформленные результаты выполнения лабораторного задания — указанные в задании графики, таблицы и пр.;
4) анализ обнаруженных расхождений между вашими исходными теоретическими представлениями и экспериментальными фактами либо вывод об отсутствии таких расхождений.
Защитавыполненной работы осуществляется каждым студентом индивидуально. При оценке работы студента учитываются:
1) уровень подготовки к лабораторному занятию;
2) качество выполнения лабораторного задания;
3) качество представленного отчета;
4) уровень усвоения основных вопросов, изучаемых в работе. Примерные контрольные вопросы приведены в описании каждой работы.
ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ
Ниже приведены описания четырех лабораторных работ по курсу «Основы теории цепей». Работы посвящены изучению основных понятий и методов теории радиотехнических цепей и получению практических навыков работы с генераторно-измерительными блоками и электрическими схемами.
Лабораторные занятия проводятся фронтальным методом. На выполнение каждой лабораторной работы отводятся 4 академических часа. Домашняя подготовка к каждой работе рассчитана также на 4 часа.
__________
Лабораторная работа № 10