Подготовка к выполнению лабораторной работы. 2.1. Схема, данные элементов схемы и параметры сигнала соответствуют данным лабораторной работы № 8.

2.1. Схема, данные элементов схемы и параметры сигнала соответствуют данным лабораторной работы № 8.

2.2. Для заданной цепи (рис. 13), в соответствии с данными своего варианта (таблица 13) выполнить:

– рассчитать амплитудный спектр U₁( f ) входного сигнала (до 10 гармоники включительно) по формулам:

Постоянная составляющая:

,

где – скважность.

Действующее значение n-й гармоники:

.

Учитывая исходные данные , 2p = 6,283, = 0,5 мс/2 = 0,25 мс, f = 1000 Гц получим расчетные формулы

Данные расчета записать в таблицу 15.

– получить формулу амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) цепи и рассчитать ее на частотах 0, 1, 2, …, 10 кГц. Данные расчета записать в таблицу 15.

– рассчитать амплитудный спектр U₂( f ) выходного сигнала (до 10 гармоники включительно) по формулам:

.

Таблица 15

f, кГц

, В

расч.

измер.

H

расч.

измер.

, В

расч.

измер.

Данные расчета записать в таблицу 15.

– построить в масштабе графики амплитудного спектра, входного и выходного сигналов, амплитудно-частотной характеристики цепи.

Экспериментальная часть

Собрать заданную схему, установить заданные значения и вынести на рабочее поле дополнительные приборы согласно рис. 16. Функциональный генератор (ФГ) установить в режим прямоугольного напряжения с амплитудой напряжения (Amplitude) 1,5 В, смещением (Offset) 1,5 В и частотой 1 кГц.

Примечание: в ФГ десятые доли величин вводить через запятую.

3.1. Исследование амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) цепи.

Подключить прибор «Bode-Plotter» (рис. 16) к исследуемой цепи, т.е. клеммы «In» прибора подключить к точкам 1–1¢, клеммы «Out» к зажимам
2–2¢. Установить в приборе линейный масштаб по вертикали с пределами: min – 0, max – 1; по горизонтали: min – 0,1 мГц, max – 10 кГц. С помощью измерительной линейки на частотах 0, 1, 2, …, 10 кГц измерить и записать значения передаточной функции H в таблицу 15. Отключить прибор от исследуемой цепи.

3.2. Исследование формы и амплитудного спектра входного сигнала U₁(t).

3.2.1. Подключить к точкам 1–1¢ цепи осциллограф (канал А) и зарисовать форму входного сигнала (масштаб осциллографа: 1 В/дел; 0,1 мс/дел).

3.2.2. Подключить к точке 1 вход анализатора спектра (АС), измерить вольтметрами и записать в таблицу 15 значения отдельных спектральных составляющих входного сигнала.

Примечание: так как скважность , то гармоники кратные скважности – 2, 4, 6 и т.д. – отсутствуют и показания вольтметров для этих гармоник равны 0.

3.2.3. Подключить осциллограф к выходу сумматора (SUM) и убедиться в полном восстановлении формы входного сигнала U₁(t) при сложении спектральных составляющих (время восстановления сигнала 3…4 мин).

Рис. 16

3.3. Исследование формы и амплитудного спектра выходного сигнала U₂(t).

3.3.1. Подключить к точкам 2–2¢ цепи осциллограф (канал А) и зарисовать форму выходного сигнала U₂(t).

3.3.2. Подключить к точке 2 вход анализатора спектра (АС), измерить вольтметрами и записать в таблицу 15 значения отдельных спектральных составляющих входного сигнала.

3.3.3. Подключить осциллограф к выходу сумматора (SUM) и убедиться в полном восстановлении формы входного сигнала U₂(t) при сложении спектральных составляющих (время восстановления сигнала 3…4 мин).

4. По результатам измерений в одном масштабе и на одном графике построить амплитудный спектр входного сигнала U₁( f ), амплитудный спектр выходного сигнала U₂( f ) для частот 0, 1, 2, …, 10 кГц. Для этих же частот на другом графике построить АЧХ цепи H( f ).

Требования к отчету

Отчет по работе должен содержать:

– расчетные формулы и результаты предварительных расчетов в виде таблиц и графиков АЧХ и амплитудных спектров входного и выходного сигналов;

– результаты измерений в виде таблиц, осциллограмм, графиков, построенных в масштабе;

– выводы по работе.

Контрольные вопросы

5.1. Как определяется комплексная передаточная функция цепи?

5.2. На какие составляющие можно разложить любой периодический сигнал?

5.3. Как рассчитываются постоянная составляющая, основная составляющая и высшие гармоники периодического сигнала?

5.4. В чем суть анализа спектрального состава периодических сигналов?

5.5. Как изменение параметров периодического сигнала влияет на его спектр?