Основные радиоэлектронные измерения и измерительные приборы

ОСНОВЫ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

 

 

Сысун Валерий Иванович

Олещук Олег Валентинович

Борисков Петр Петрович

Стефанович Генрих Болеславович

 

 

Методическое пособие

к лабораторным работам по курсу

«Электротехника и электроника»

 

Редактор Т. Н. Музалева

 

 

ЛР ИД №02969 от 16.10.2000.

Гигиенический сертификат №№10.КЦ.34.953.П.00136.03.99 от 05.03.99.

Подписано к печати 08.07.03. Формат А4.

Бумага офсетная. Печать офсетная.

Уч. -изд. л. 9. Усл. кр. –отт. 65. Тираж 200 экз. Изд. №189.

 

Петрозаводский государственный университет

Типография Издательства Петрозаводского государственного университета

185640, Петрозаводск, пр. Ленина, 33

 

 

 

Содержание

Лабораторная работа № 1. Основные радиоэлектронные измерения и

измерительные приборы……………………………………………………………………..….3

Лабораторная работа № 2. Исследование последовательного и

параллельного колебательных контуров при гармоническом воздействии………………....27

Лабораторная работа № 3. Измерение параметров связанных колебательных

контуров при гармоническом воздействии……………………………………………………36

Лабораторная работа № 4. Исследование дифференцирующей и

интегрирующей цепей…………………………………………………………………………..45

Лабораторная работа № 5. Изучение зависимости спектров

прямоугольного и синусоидального модулированного сигналов от их

параметров……………………………………………………………………………………….51

Лабораторная работа № 6. Исследование простейших схем

выпрямителей и сглаживающих фильтров……………………………………………………56

Лабораторная работа № 7. Стабилизаторы напряжения……………………………………61

Лабораторная работа № 8. Нелинейное резонансное усиление

 и умножение частоты………………………………………………………………………….67

Лабораторная работа № 9. Линии задержки……………………………………….……….75

Лабораторная работа № 10. Мультивибраторы…………………………………….………81

Лабораторная работа № 11. Интегральные микросхемы………………………..…………89

Лабораторная работа № 12. Операционные усилители………………………….……….102

Меры безопасности при выполнении лабораторных работ …………………….….......122

Лабораторная работа № 1

 

ОСНОВНЫЕ РАДИОЭЛЕКТРОННЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

 

Цель работы

Изучение устройства, принципа действия и применения измерительных генераторов, осциллографов, вольтметров, частотомеров.

Экспериментальная часть

Экспериментальная установка

В установку входят следующие радиоизмерительные приборы.

1. Звуковой генератор.

2. Генератор стандартных сигналов.

3. Генератор импульсов.

4. Вольтметр переменного тока.

5. Импульсный вольтметр.

6. Низкочастотный и высокочастотный частотомеры.

7. Осциллограф.

3.2. Порядок выполнения работы

До выполнения работы необходимо по данному методическому пособию изучить устройство и принцип действия радиоизмерительных приборов. При выполнении работы перед включением каждого прибора изучить техническое описание прибора и правила его эксплуатации.

3.3. Методические указания

1. Приступать к измерениям можно лишь после подготовки приборов к работе, т. е. прогрева, балансировки, установки нуля и калибровки согласно техническим описаниям к приборам, так как в противном случае результаты измерений будут неверными.

2. Подключение приборов производится коаксиальными экранированными кабелями, у которых экран (внешняя оболочка) заземляется, а центральный проводник используется как «потенциальный». «Земляной» конец при разделке кабеля обычно делают более длинным, окрашивают в темный цвет или помечают значком ‘┴’ или 3. При подключении приборов друг к другу следует «земляную» клемму одного прибора соединять с такой же другого, а «потенциальную» — с «потенциальной», ибо в противном случая произойдет короткое замыкание сигнала через общий провод заземления.

3. При подключении к генератору необходимо учитывать соответствие сопротивления нагрузки выходному сопротивлению генератора (5 Ом, 50 Ом, 600 Ом). При сопротивлении нагрузки, существенно большем выходного сопротивления генератора (например, при подключении осциллографа, вольтметра, частотомера), необходимо включить внутреннюю нагрузку генератора.

4. Обратить внимание, в каких величинах показывает измеритель выходного напряжения (амплитудное, действующее, среднее) и в каких значениях его измеряют осциллограф и вольтметр. Для сопоставления результатов лучше все измерения перевести в одно значение (например, для синусоиды действующее U_g=U_m /1.41).

5. При измерениях обратить внимание на возможные значения параметров сигнала для каждого измерительного прибора. При этом необходимо учитывать не только измеряемый параметр (напряжение для вольтметра и частоту для частотомера, напряжение и частоту для осциллографа), но и сопутствующий параметр (диапазон возможных частот сигналов при измерении напряжения вольтметром и минимальное напряжение сигнала при измерении частоты частотомером). В случае, если у какого-либо прибора не хватает чувствительности или частотного диапазона, необходимо в таблице сделать соответствующую запись.

6. Для получения устойчивой осциллограммы синусоидальных сигналов необходимо развертку осциллографа переключить в режим «ждущей» от внутреннего источника самого сигнала. Частота сигнала определяется по измеренному периоду f=1/T. При измерении частоты и амплитуды несущей во втором задании можно выключить модуляцию (М=0). Для определения глубины амплитудной модуляции (M≠0) по осциллограмме можно пользоваться формулой М =(A- a)/(A+ a), где А — наибольший размах осциллограммы на оси «Y», a — наименьший. Частота модуляции также определяется по периоду модуляции, при этом развертку осциллографа нужно установить такую, чтобы на экране полностью помещался один или несколько периодов модуляции (несущая при этом размывается на осциллограмме в сплошной светлый фон).

7. При выполнении третьего задания осциллограф должен быть включен в режиме ждущей развертки с внешней синхронизацией. На вход внешней синхронизации осциллографа подается сигнал с выхода импульсов синхронизации генератора импульсов, а на вход «Y» осциллографа — сигнал с основного выхода генератора.

4. Лабораторные задания

4.1. Задать на выходе звукового генератора по заданию преподавателя сигнал, получить на осциллографе его осциллограмму, измерить по ней амплитуду и частоту. С помощью электронного вольтметра измерить напряжение сигнала, а частотомером — частоту.

По техническим описаниям приборов определить в каждом конкретном измерении максимальную величину абсолютной погрешности каждого измеренного и выставленного на генераторе значения. Сделать вывод, какой прибор измеряет или выдает сигнал по данному параметру более точно.

4.2. Получить на генераторе стандартных сигналов сигнал с заданными преподавателем амплитудой, частотой и глубиной модуляции. Получить на осциллографе осциллограммы сигнала на разных развертках, чтобы были видны несущая и модулирующая частоты. Измерить амплитуду и частоту несущей, глубину модуляции и ее частоту. С помощью электронного вольтметра измерить напряжение сигнала, а высокочастотным частотомером — частоту несущей.

4.3. Получить на генераторе импульсов заданный преподавателем сигнал. Получить на осциллографе осциллограмму сигнала, измерить по ней амплитуду и длительность импульса, частоту повторения, а также задержку основного импульса относительно импульса синхронизации. Электронным вольтметром измерить пиковое значение (амплитуду) импульсов. Электронным частотомером измерить частоту сигнала.

4.4 Построить фигуру Лиссажу. Подать на вход CH1 сигнал с генератора синусоидальных сигналов Г! с частотой 100 kHz, на вход CH2 подать сигнал с генератора Г2 с частотой 100 kHz.Зафиксировать форму фигуры. Изменить частоту генератора Г2 до 200, 300 kHz. Зафиксировать форму фигуры Лиссажу.

 

Содержание отчёта

Отчёт должен содержать зарисованные осциллограммы и измеренные параметры сигналов по трём заданиям.

6. Контрольные вопросы

1. Для чего служит звуковой генератор, и что он вырабатывает?

2. Что такое аттенюатор, и каково его устройство и назначение?

3. Для чего в звуковом генераторе ставится внутренняя нагрузка? В каких случаях она включается, а в каких нет?

4. Приведите блок-схему звукового генератора и объясните назначение каждого блока.

5. Для чего применяется ГСС? Примерные диапазоны частоты и напряжения у широко распространенных ГСС. Блок-схема ГСС.

6. Для каких целей применяется генератор импульсов? Какой формы и сколько сигналов он вырабатывает? Блок-схема генератора импульсов.

7. Блок-схема осциллографа.

8. Что такое и как работает развертка осциллографов? Как осуществляется синхронизация развертки?

9. Как осциллографом измеряется амплитуда сигнала?

10. Как осциллографом измеряются интервалы времени?

11. B каких случаях применяют электронные вольтметры? Чем они отличаются от обычных вольтметров?

12. Блок-схема вольтметров постоянного и переменного тока.

13. Блок-схема цифрового вольтметра.

14. Какие существуют методы измерения частоты периодических сигналов?

15. Как работает гетеродинный частотомер?

16. Блок-схема цифрового частотомера.

17. Как работает частотомер с перезарядом конденсатора?

 

 

Литература

1. Комлик В. В. Радиотехника и радиоизмерения. Киев:, Выща: шк., 1978.

2. Мирский Г. Я. Радиоэлектронные измерения. М.: Энергия, 1975.

3. Кушнир Ф. В., Савенко В. Г. Электрорадиоизмерения. Л.: Энергия, 1975.

4. Дворяшин В. В., Кузнецов Л. И. Радиотехнические измерения. М.: Советское радио, 1978.

Лабораторная работа № 2

 

Цель работы

Изучение последовательного и параллельного колебательных контуров, определение их характеристик, изучение влияния конструктивных элементов контура и внутреннего сопротивления источника сигнала на характеристики.

 

Экспериментальная схема

Принципиальная электрическая схема лабораторного макета показана на рис. 8.

Рис. 8

Индуктивность закреплена на съемной панельке. Это позволяет при переустановке получать либо последовательный, либо параллельный контур. Индуктивность снабжена съемным сердечником и съемным экраном. Делитель R1R2 служит для снижения внутреннего сопротивления источника сигнала. К делителю подключается генератор качающейся частоты. Переменное напряжение U_c с ёмкости С = 15 нФ подаётся на вход характериографа. Параллельно подключается частотометр. Резисторы R3 — R5 служат для внесения дополнительных потерь в контур.

 

Порядок работы при измерениях АЧХ

Калибровка соединение генератора и измерителя АЧХ шнуром

1. × - сброс

2. F1 →10 # F2 →100 #

3. R 12 Нажать R, нажать ослабление 12

4.  Uвх  нажать с удержанием ꓯ нажать с удержанием# НЕкалибр → калибр

5. Подключить макет шнур на вход и шнур на выход.

6. Нажать ручной режим нажать db 24

7. Произвести измерения АЧХ для последовательного контура

(с сердечником, с кожухом, без сердечника и экрана).

8. Для параллельного контура произвести перекалибровку R без 12

9. Посмотреть величину емкости в контуре на Макете

(проверять контакт шнура и генератора)

 

 

4. Лабораторные задания

4.1. Снять резонансные кривые напряжения на емкости последовательного колебательного контура, точно измерить резонансную частоту и частоты на уровне 0,7 от максимума амплитуды для случаев:

       а) катушка индуктивности без сердечника и без экрана L= 570 мкГн, внутреннее сопротивление источника сигнала минимальное (добавочное сопротивление равно нулю),

       б) катушка индуктивности с сердечником и без экрана L = 980 мкГн, активное сопротивление контура R_к =7 ом,

       в) катушка индуктивности с сердечником и с экраном,

       г) катушка индуктивности с сердечником, с экраном и с добавочным сопротивлением 36 Ом.

4.2. Снять резонансные кривые напряжения на параллельном контуре, точно измерить резонансную частоту и частоты на уровне 0,7 от максимума амплитуды для случаев:

       а) сопротивление в цепи источника сигнала 1 МОм,

       б) сопротивление в цепи источника сигнала 47 кОм.

 

Содержание отчета

В отчете представить схемы измерения для снятия резонансных кривых. Для последовательного контура — таблицу с рассчитанными в каждом случае данными: f₀, 2Df, Q, r, L. Построить для случая сопротивления в цепи источника сигнала 1 МОм отдельно резонансную кривую в нормированных координатах и на том же графике — теоретическую резонансную кривую напряжения. Для параллельного контура представить таблицу с рассчитанными в двух случаях данными f₀, 2Df, Q_экв, Z, r.

 

6. Контрольные вопросы

1. Что такое последовательный колебательный контур?

2. Какое явление в последовательном колебательном контуре называется резонансом напряжения?

3. Какая зависимость называется резонансной кривой контура?

4. Что называется полосой пропускания контура?

5. Что такое добротность контура и как её рассчитать?

6. Чему равно эквивалентное резонансное сопротивление последовательного контура?

7. Как влияет величина внутреннего сопротивления источника сигнала на форму резонансной кривой последовательного контура?

8. Какая цепь называется параллельным контуром?

9. Какое явление в параллельном контуре называется резонансом токов?

10. Как влияет величина внутреннего сопротивления источника сигнала на форму резонансной кривой параллельного контура?

11. Что такое эквивалентная добротность схемы с параллельным контуром и вносимое сопротивление?

12. Чему равно эквивалентное резонансное сопротивление параллельного контура?

13. Может ли напряжение, снимаемое с параллельного контура, быть больше напряжения питания?

 

6. Контрольные вопросы

1. Что такое последовательный колебательный контур?

 

Последовательный колебательный контур состоит из катушки индуктивности и конденсатора, соединённых последовательно по отношению к источнику переменного напряжения.

 

2. Какое явление в последовательном колебательном контуре называется резонансом напряжения?

Резонанс, это явление, когда частота внешнего сигнала совпадает с собственной частотой колебаний контура.

 

3. Какая зависимость называется резонансной кривой контура?

Зависимость тока в контуре или напряжения на реактивных элементах от частоты внешнего генератора при постоянном по величине напряжении генератора называется резонансной кривой или амплитудно-частотной характеристикой последовательного контура.

 

4. Что называется полосой пропускания контура?

 

Для оценки ширины резонансной кривой используется понятие полосы пропускания контура, которой называется интервал частот вблизи резонансной частоты, на границах которого амплитуды напряжения уменьшаются до 0,707 от их значения при резонансе.

 

5. Что такое добротность контура и как её рассчитать?

Добротность - это физическая величина, определяющая отношение накопленной энергии к рассеянной энергии. В радиотехнике измерение добротности определяется, как отношение резонансной частоты к полосе пропускания.

 

6. Чему равно эквивалентное резонансное сопротивление последовательного контура?

При w= w₀ и w L=1/ w C падение напряжения на емкости и индуктивности полностью нейтрализуют друг друга, и комплексное сопротивление становится минимальным и чисто активным — ,

 

7. Как влияет величина внутреннего сопротивления источника сигнала на форму резонансной кривой последовательного контура?

 

8. Какая цепь называется параллельным контуром?

 

Параллельным колебательным контуром называется электрическая цепь, в которой индуктивности и емкости распределены по двум параллельным ветвям, подключенным параллельно к источнику энергии.

 

9. Какое явление в параллельном контуре называется резонансом токов?

При параллельном резонансе токи, в ветвях контура достигают наибольшей величины; поэтому параллельный резонанс называется резонансом токов.

 

10. Как влияет величина внутреннего сопротивления источника сигнала на форму резонансной кривой параллельного контура?

 

11. Что такое эквивалентная добротность схемы с параллельным контуром и вносимое сопротивление?

 

12. Чему равно эквивалентное резонансное сопротивление параллельного контура?

 

13. Может ли напряжение, снимаемое с параллельного контура, быть больше напряжения питания?

 

Литература

1. Молчанов А. П., Занадворов П. Н. Курс электротехники и радиотехники. М.: Наука, 1969.

2. Зернов Н. В., Карпов В. Г. Теория радиотехнических цепей. М.: Энергия, 1972.

3. Манаев Е. И. Основы радиоэлектроники. М.: Советское радио, 1976.

Лабораторная работа № 3

 

Цель работы

Исследование амплитудно-частотной характеристики системы связанных контуров при различных величинах связи между контурами. Определение оптимальных условий передачи мощности системой связанных контуров, изучение способов настройки системы.

 

Экспериментальная установка

3.1. Экспериментальный макет показан на рис. 4. Величина связи между контурами регулируется изменением расстояния между катушками контуров.

Рис. 4:

L1, C1 — элементы первичного контура, L2, C2 — элементы вторичного контура, R1 = 39 Ом — эквивалентное сопротивление источника для первичного контура, R2 = 560 Ом.

 

На первичный контур подается напряжение с ГКЧ. На вход «Y1» индикаторного блока подается напряжение с первичного контура, на вход «Y2» — со вторичного контура.

3.2. Блок-схема установки приведена на рис. 5. Напряжение с ГКЧ подается на макет, с макета сигнал подается на индикаторный блок. Частотомер используется для измерения частоты отдельных точек АЧХ.

3.3. Измеритель амплитудно-частотных характеристик (ИАЧХ) Х1-36. При исследовании радиоэлектронных схем и физических объектов в теории и в эксперименте очень широко используют амплитудно-частотные и фазово-частотные характеристики (АЧХ и ФЧХ). Если объект содержит несколько регулируемых параметров и их оптимальное соотношение очень хорошо просматривается и на АЧХ и на ФЧХ, то очевидна, во-первых, важность снятия этих характеристик, и, во-вторых, быстрота получения АЧХ и ФЧХ. Для автоматизации снятия частотных характеристик в современной науке и технике широко используются измерители АЧХ и измерители ФЧХ, которые воспроизводят эти характеристики целиком за время, гораздо меньшее, чем при ручном снятии их по точкам. ИАЧХ представляет комбинацию из генератора качающейся частоты (ГКЧ) и осциллографа (индикаторный блок).

Рис. 5:

БИ — блок индикаторный ИАЧХ Х1-36, ГКЧ — генератор качающейся частоты,

ЧЗ-32 — частотометр, М — макет.

 

ГКЧ — это генератор, частота которого периодически меняется в пределах заданной полосы по определенному закону (по линейному или логарифмическому). Если отклонение луча в осциллографе по оси «Х» происходит одновременно с изменением частоты ГКЧ и это отклонение однозначно с мгновенным значением частоты ГКЧ, то по оси «Х» осциллографа имеем, таким образом, шкалу частот, а при одинаковом характере зависимости частоты ГКЧ и отклонения по оси «Х» осциллографа от времени, кроме того, получается линейный масштаб частоты по оси «Х». На усилитель «Y» подается напряжение с выхода исследуемого объекта, на вход которого подают напряжение с ГКЧ. Таким образом, на экране осциллографа получается отклонение луча, пропорциональное коэффициенту передачи исследуемого объекта для каждого мгновенного значения частоты в пределах полосы качания, т. е. АЧХ в данном диапазоне частот.

 

Порядок выполнения работы

4.1. Снять амплитудно-частотную характеристику (АХЧ) одиночного контура.

4.2. Снять АЧХ двухконтурного фильтра.

4.3. Снять зависимости U₁(l) и U₂(l),

по ним рассчитать индуктивность и активное сопротивление контура.

 

Содержание отчета

1. Построить резонансные кривые одиночного и связанных контуров. На каждой из четырех кривых указать полосу пропускания.

2. Рассчитать величину оптимального коэффициента связи, используя значение Q одиночного контура. Рассчитать и построить зависимость коэффициента связи от расстояния l между контурами, используя зависимости U₁(l) и U₂(l), при резонансной частоте, где, согласно (3),

.

3. Построить зависимость мощностей, выделяемых в первичном и вторичном контурах, U₁²(K) и U₂²(K) от коэффициента связи K, используя зависимости K(l), U₁(l), U₂(l).

 

6. Контрольные вопросы

1. Что характеризует коэффициент связи и как он рассчитывается?

2. Чему равна ЭДС, наведенная из первого контура на второй? В чем заключается обратная реакция второго контура на первый?

3. Как связан ток в первичном и вторичном контурах с величиной коэффициента связи? Чему равны токи при оптимальном коэффициенте связи?

4. Как производится настройка контуров в полный и сложный резонанс?

5. Каковы условия передачи максимальной мощности во второй контур? Каково значение оптимального коэффициента связи при сложном и полном резонансе?

6. Чем объясняется зависимость формы резонансной кривой связанных контуров от величины связи?

7. Каковы основные отличия резонансных кривых связанных контуров и одиночного контура? Указать область применимости системы связанных контуров.

 

Литература

1. Молчанов Л. П., Занадворов П. Н. Курс электротехники и радиотехники. М.: Наука, 1969.

2. Харкевич А. А. Основы радиотехники: Учебное пособие для вузов. М.: Связьиздат, 1962.

3. Мержанов А. К. Одиночные и связанные колебательные контура: Конспект лекций по курсу «Теоретические основы электротехники». М., 1973.

4. Апушкинский Г. П. Электрические и радиотехнические цепи: Учебное пособие для нерадиотехнических специальностей физико-математических факультетов университетов. Л.: Изд-во ЛГУ, 1972.

 

Лабораторная работа № 4

И ИНТЕГРИРУЮЩЕЙ ЦЕПЕЙ

 

Цель работы

Экспериментальное исследование преобразования формы прямоугольных импульсов с помощью дифференцирующей и интегрирующей цепей.

 

Экспериментальная схема

На рис. 7 приведена экспериментальная схема лабораторной работа. Напряжение синусоидальной формы со звукового генератора с помощью диодных ограничителей преобразуется в прямоугольные импульсы. Переключатель S1 служит для переключения исследуемой цепочки. Переключатели S2-5 служат для переключения комбинаций RC цепочек. Исследуемое напряжение с выхода цепочек поочередно подается на вход электронного осциллографа.

 

Рис. 7

 

Порядок выполнения работы

4.1. Собрать схему по рис. 7, включить осциллограф и звуковой генератор.

4.2. Проверить форму сигнала на входе и выходе диодного ограничителя. Регулировкой уровня выходного напряжения звукового генератора установить форму импульсов, близкую к прямоугольной.

4.3. Исследовать дифференцирующую цепь. Вход осциллографа подключить к выходу дифференцирующей цепи. Изменяя частоту сигнала звукового генератора, добиться экспоненциального спада импульсов до 0,37 от амплитудного значения. Определить длительность спада. Зарисовать осциллограмму. Аналогичные измерения провести для всех комбинаций RC (R1C1, R1C2, R2C1, R2C2). Рассчитать постоянные времени и сравнить с полученными экспериментально.

4.4. Исследовать интегрирующую цепь. Переключить вход осциллографа к выходу интегрирующей цепи. Установить частоту звукового генератора так, чтобы амплитуда импульсов равнялась 0,63 от амплитуды входных импульсов. Измерить длительность импульса. Зарисовать осциллограмму. Проделать аналогичные измерения для всех комбинаций RC (R3C3, R3C4, R4C3, R4C4). Рассчитать постоянные времени и сравнить с измеренными.

 

Содержание отчета

Результаты работы представить в виде таблицы, с рассчитанными и измеренными постоянными времени дифференцирующих и интегрирующих цепей. Приложить зарисованные осциллограммы.

 

6. Контрольные вопросы

1. Какая цепь называется дифференцирующей?

2. Как изменяется напряжение на выходе идеальной дифференцирующей цепи при подаче на вход: синусоидального, трапецеидального и прямоугольного напряжения?

3. Изобразите RC дифференцирующую цепь. Какому требованию должна отвечать эта цепь?

4. Какая цепь называется интегрирующей?

5. Изобразите RC интегрирующую цепь. Какому требованию должна отвечать эта цепь?

6. Как изменяется напряжение на выходе идеальной и реальной интегрирующей цепи при подаче прямоугольного напряжения?

 

Литература

1. Манаев Е. И. Основы радиоэлектроники. М.: Советское радио, 1976.

Лабораторная работа № 5

Цель работы

Изучение зависимости спектров прямоугольного и синусоидального модулированного сигналов от их параметров, экспериментальное определение расположения и величин амплитуд гармонических составляющих спектра указанных сигналов.

Экспериментальная установка

3.1. Блок-схема установки.

В установку входят: цифровой осциллограф-спектроанализатор, генератор прямоугольных импульсов, генератор синусоидальных колебаний, генератор колебаний звуковой частоты, персональный компьютер. Последний генератор применяется для амплитудной модуляции в генераторе синусоидальных колебаний. Сигнал с генераторов переключается на вход осциллографа. Сигнал, а также его спектр наблюдаются на экране персонального компьютера.

Порядок выполнения работы

4.1. Зарисовать спектр сигнала и сам сигнал прямоугольной формы длительностью t_и= 500 мкс, частотой повторения f=500 Гц. Измерить амплитуду и частоты первых 6 гармоник, а также частоту гармоники, амплитуда которой составляет около 0,05 от максимальной. Частота данной гармоники примерно соответствует полосе частот, в которой сконцентрирована основная часть энергии сигнала. Аналогичным образом исследовать спектр прямоугольного сигнала при t_и= 200 мкс, f= 500 Гц и t_и= 500 мкс, f=200 Гц.

4.2.Измерить амплитуду и частоты составляющих спектра для синусоидального сигнала частотой 10 кГц, модулированного по амплитуде синусоидальной функцией частотой 1 кГц. Измерения делать при глубине амплитудной модуляции 50% и 100%.

4.3.Рассчитать амплитуду и частоту составляющих спектра использованных сигналов и сравнить с экспериментально измеренными.

 

Содержание отчета

1. Зарисовать осциллограммы спектров прямоугольного и синусоидального модулированного сигналов с указанием амплитуд и частот, а также осциллограммы самих сигналов.

2. Рассчитать значения этих гармоник по параметрам исследуемых сигналов.

3. Сделать выводы по виду спектров исследуемых сигналов и их зависимости от параметров этих сигналов.

 

6. Контрольные вопросы

1. Что такое спектр сигнала?

2. Как влияет длительность прямоугольного импульса и частота его повторения на амплитуду и частоту составляющих спектра?

3. Чем определяется ширина спектра амплитудно-модулированного сигнала? Как влияет глубина модуляции на спектр?

4. Каков принцип действия спектроанализатора?

 

Литература

1. Комлик В. В. Радиотехника и радиоизмерения. Киев: Наукова думка, 1978. С. 16—21.

2. Гоноровский Н. С. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Сов. радио, 1977. С. 28—37; С. 114—121.

3. Манаев Е. И. Основы радиоэлектроники. М.: Сов. радио, 1976. С. 399—402.

Лабораторная работа № 6

 

И СГЛАЖИВАЮЩИХ ФИЛЬТРОВ

 

Цель работы

Изучение принципа действия выпрямителей. Измерение пульсаций и расчет коэффициентов фильтрации простых типов фильтров. Снятие нагрузочных характеристик и определение внутреннего сопротивления выпрямителя.

 

Лабораторная установка

Работа выполняется на двух экспериментальных макетах:

№ 1 — выпрямитель, собранный по одно- и двухполупериоднoй схемам;

№ 2 — выпрямитель, собранный по мостовой схеме.

 

 

 

Рис. 6

 

Электрическая схема макета № 1 показана на рис. 6а. Макеты отличаются только типом диодной сборки, на рис. 6б показана сборка макета № 2. На вход первичной обмотки трансформатора Т1 подается синусоидальный сигнал с выхода генератора с частотой f =200 Гц и амплитудой 10 — 15В. К выходу выпрямителя (после фильтра) подключается осциллограф для измерения переменной составляющей сигнала (напряжения) и вольтметр PV — для измерения постоянной составляющей напряжения. К гнездам I подключается миллиамперметр, регистрирующий ток в нагрузке. Нагрузкой служит переменный резистор R, с помощью которого устанавливается требуемый нагрузочный ток. Переключатели SA2,4 подключают конденсаторы C1 и C2, а SA3 шунтирует дроссель L. Переключатель SA1 имеется только в макете № 1 и используется для переключения типа выпрямителя.

 

Порядок выполнения работы

4.1. Собрать экспериментальную схему с макетом № 1 по рис. 6 а. Установить переключателем SA1 однополупериодный режим работы. Включить генератор и осциллограф.

4.2. С помощью переменного резистора R установить нагрузочный ток 2 мA. Зарисовать осциллограмму напряжения и измерить постоянное и переменное напряжения на выходе выпрямителя при отключенных фильтрах и включенных фильтрах (фильтр С1; Г-образный фильтр LC2; П-образный фильтр C1LC2).

4.3. Переключить тип выпрямителя на двухполупериодный и повторить пункт 4.2.

4.4. Собрать схему с макетом № 2  рис 6 б и провести аналогичные измерения (п. 4.2).

4.5. По результатам измерений вычислить коэффициенты пульсаций напряжения на выходе фильтров и коэффициенты сглаживания каждого фильтра. Коэффициент пульсации напряжения на выходе фильтра — отношение амплитуды первой гармоники переменной составляющей напряжения на выходе фильтра к его постоянной составляющей. Коэффициент сглаживания — отношение амплитуд переменной составляющей напряжения на входе и выходе фильтра.

4.6. Сделать выводы о преимуществе и недостатках различных схем выпрямителей и фильтров.

 

Содержание отчета

Отчет должен содержать схемы типов выпрямителей, осциллограммы выходного напряжения для всех типов выпрямителей и фильтров. Рассчитанные значения коэффициентов пульсации и фильтрации представить в таблице. Нагрузочные характеристики представить в виде графиков.

 

6. Контрольные вопросы

1. Объясните принцип действия выпрямителей на полупроводниковых диодах.

2. Для чего применяются фильтры?

3. Какие типы фильтров применяются в источниках постоянного напряжения?

4. Что такое коэффициент пульсации и коэффициент фильтрации?

5. Что такое внутреннее сопротивление источника питания?

6. С помощью преобразования Фурье запишите выражения для пульсирующего напряжения одно- и двухполупериодного выпрямления синусоидального напряжения с периодом Т и амплитудой U₀.

 

Литература

1. Манаев Е. И. Основы радиоэлектроники. М.: Сов. радио, 1976. С. 399—402.

Лабораторная работа № 7

 

СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ

 

 

Цель работы

Изучение принципа действия параметрического и компенсационного стабилизаторов напряжения, снятие характеристик стабилизации и нагрузки обоих стабилизаторов, определение их коэффициентов стабилизации и внутреннего сопротивления.

 

Лабораторная установка

Установка состоит из макета (рис. 4), включающего в себя ПСН и КСН, регулируемого источника питания постоянного тока Б5-49, миллиамперметра и вольтметра. ПСН собран на стабилитроне VD1(Д814), имеет вход — гнезда 1, 2 и выход — гнезда 4, 5. В КСН (вход — гнезда 1, 3; выход — гнезда 6, 8) в качестве регулируемого сопротивления использована комбинация из транзисторов VT2(ГТ403) и VT1(П210), называемая составным транзистором.

 

 

Рис. 4. Схема лабораторного макета

 

Дополнительный транзистор ГТ403 ставится в управляющую цепь мощного силового транзистора VT1 с большим током базы для усиления управляющего сигнала с маломощного транзистора VT3(МП25). Опорное напряжение снимается со стабилитрона VD2(Д814). Принцип стабилизации остается тот же. Нагрузка у обоих стабилизаторов является общей (клеммы 7, 8), она подключается поочередно к выходам стабилизаторов (клеммы 6 или 4) через миллиамперметр. Источник питания также поочередно подключается к входам обоих стабилизаторов с указанной на схеме полярностью. Вольтметром можно контролировать напряжение как на входах стабилизаторов, так и на нагрузке.

 

Порядок выполнения работы

4.1. Собрать схему по рис. 4, подключив параметрический стабилизатор напряжения.

4.2. Снять зависимости U_вых (U_вх) при трех значениях переменного сопротивления R_н (полностью выведенное, выведенное и среднее).

4.3. Рассчитать коэффициенты стабилизации в пределе рабочего участка стабилизации.

4.4. Для определенных средних значений входного напряжения измерить нагрузочную характеристику стабилизатора (т. е. зависимость U_вых от I_н), получаемую путем изменения нагрузочного сопротивления.

4.5. Рассчитать внутреннее (выходное) сопротивление стабилизатора.

4.6. Переключить источник питания и измерительные приборы к компенсационному стабилизатору и повторить пп.4.2—4.5.

 

Содержание отчета

1. Схемы ПСН и КСН.

2. Семейства зависимостей U_вых (U_вх) и нагрузочных характеристик U_вых(I_н) обоих стабилизаторов.

3. Рассчитанные коэффициенты стабилизации и внутренних сопротивлений стабилизаторов.

 

6. Контрольные вопросы

1. Объясните принцип работы ПСН и КСН.

2. Как рассчитать коэффициенты стабилизации и внутреннее сопротивление стабилизаторов?

3. Какие преимущества и недостатки имеют оба типа стабилизаторов?

4. Каким образом устанавливается выходное напряжение в стабилизаторах обоих типов?

5. Чем отличается режим работы полупроводниковых стабилитронов в стабилизаторах обоих типов?

 

Литература

1. Манаев Е. И. Осн