Файл: Лаб. работы ОТЦ № 10, 11, 13, 14.doc

6. Изучение возможности управления уровнем ограничения

Изобразите схему цепи, в которой последовательно с диодом включен источник постоянного напряжения, а выходное напряжение снимается с последовательного соединения диода и источника. Соберите такую цепь. Наблюдайте влияние постоянного напряжения на уровень ограничения. Зарисуйте семейство характеристик ограничителя для трех значений управляющего напряжения (0 и ±1,5 В).

7. Изучение возможности ограничения напряжения «снизу»

Продумайте, как изменить схему цепи, чтобы получить ограничение напряжения «снизу» (сохранив возможность управления уровнем ограничения). Изобразите предлагаемую схему и соберите цепь. Аналогично п.6 наблюдайте характеристики ограничителя и зарисуйте их семейство.

8. Изучение ограничения большого гармонического напряжения

Сформируйте гармоническое напряжение с амплитудой 8 В и частотой 1 кГц. Наблюдайте осциллограммы входного и выходного напряжений и зарисуйте их (со шкалами напряжения и времени) для двух – трех характерных случаев (на ваш выбор).

Контрольные вопросы

1. В чем заключается метод расчета напряжений и тока в цепи, состоящей из последовательно соединенных источника постоянного напряжения, нелинейного двухполюсника и резистивной нагрузки?

2. Может ли вышеуказанный метод быть применен к нелинейной цепи, содержащей реактивные элементы? к нелинейной цепи, находящейся под воздействием переменного напряжения? Если нет, то почему? Если да, то при каких условиях и каким образом?

3. Изложите примененный в работе метод «автоматизированного» измерения характеристики безынерционной нелинейной цепи.

4. Объясните принцип действия диодного ограничителя напряжения.

5. Предложите схему ограничителя напряжения «снизу», отличающуюся от схемы п.7.

6. Предложите схему «двухстороннего» ограничителя напряжения.

_____________

Лабораторная работа № 14

Стационарные процессы в линии передачи

Цель работы — освоить основные понятия, физическую сущность и методы анализа процессов в цепи с распределенными параметрами (линии передачи).

Изучаются следующие основные вопросы:

1) понятия линии передачи, регулярной линии передачи; 2) основные параметры линии — погонные параметры, волновое сопротивление, коэффициент распространения, коэффициент фазы, коэффициент ослабления; 3) метод анализа процессов в регулярной линии при воздействии на нее гармонических колебаний; 4) характеристики бегущих волн в линии — фазовая скорость, длина волны, ослабление; 5) режимы работы линии — режимы бегущей волны, стоячей волны, смешанный; 6) параметры, характеризующие режим работы линии — коэффициент отражения, положение узлов и пучностей, коэффициент бегущей волны и коэффициент стоячей волны.

Домашнее задание

Изучите вышеперечисленные основные вопросы. Рекомендуются учебные пособия [1] (глава 10), [2] и конспект лекций.

1. Выпишите формулы, позволяющие, зная погонные параметры и частоту , рассчитать волновое сопротивление R_в линии и основные характеристики волн в линии — коэффициент фазы , фазовую скорость v_ф, длину волны в линии .

2. Выпишите формулы, позволяющие, зная R_в,  и сопротивление нагрузки Z_н, рассчитать параметры, характеризующие режим работы линии — коэффициент отражения от нагрузки _н, положение пучностей напряжения l₀, коэффициент бегущей волны k_бег и коэффициент стоячей волны k_ст.

3. Изобразите качественно (на двух графиках, см. ниже) характер кривых распределения амплитуды напряжения вдоль линии U(z):

• в режиме бегущей волны, т.е. для согласованной линии (R_н=R_в);

• в режиме стоячей волны — для разомкнутой линии (Z_н=), для короткозамкнутой линии (Z_н=0), для линии с реактивной нагрузкой (Z_н=jX_н, где X_н>0 и X_н<0);

• в смешанном режиме — для линии с резистивной нагрузкой (Z_н=R_н, где R_н>R_в и R_н<R_в), для линии с комплексной нагрузкой (Z_н=R_н+jX_н, где R_н>R_в или R_н<R_в, X_н>0 или X_н<0 — на ваш выбор).

Кривые для режимов бегущей и стоячей волны постройте на одном графике, кривые для смешанного режима — на другом. Расстояние от нагрузки z откладывайте «влево». На графиках укажите характерные значения амплитуды (U_пад и 2U_пад) и расстояния от нагрузки (λ/4 и λ/2).

Лабораторное задание

Данная работа выполняется на базе специального лабораторного блока, содержащего так называемый цепочечный эквивалент линии. Цепочечный эквивалент представляет собой цепь в виде каскадного соединения 20 одинаковых ячеек — LC-фильтров нижних частот. Длина одной ячейки l_яч=2,5 см, длина линии l_лин=50 см. Погонные реактивные параметры эквивалента линии известны: L₁=L_яч/l_яч, C₁=C_яч/l_яч, где L_яч и C_яч — указанные на блоке параметры одной ячейки.

Подготовка установки к работе

Подключите к эквиваленту линии генераторно-измерительную систему: генераторный выход системы — к входу линии (соединенному с зажимами  «20—земля»), а измерительный вход системы — к зажимам «вольтметр» (соединенным со «щупом» линии). К выходу линии (соединенному с зажимами «0—земля») подключите переменный резистор.

Включите генераторно-измерительную систему (ее ярлык — на рабочем столе) и подготовьте ее к измерениям:

• установите режим изучения характеристик (осциллограмм) сигналов;

• оставьте отображение только расчетного входного сигнала и сформируйте сигнал в виде последовательности треугольных импульсов:

где u₀ = 0, U_И = 1 В, Т_И  = 100 мкс, t₀ =0, период 1 мс;

• включите отобра­жение генерируемого сигнала. Проверьте, что реальное входное напряжение действительно соответствует заданному. Если это не так, то выполните сервисную программу «калибровка». После этого отображение расчетного входного сигнала отключите;

• включите отображение измеряемого сигнала. Наблюдайте реальные входной и выходной сигналы.

1. Согласование линии с нагрузкой

Подберите к исследуемой линии согласованную нагрузку. Для этого подберите сопротивление R_н переменного резистора нагрузки таким, чтобы напряжение на нагрузке повторяло напряжение генератора с минимальными искажениями и с минимальным изменением амплитуды. При этом можно считать, что к линии подключена согласованная нагрузка, т.е. R_н=R_в.

После этого замените переменный резистор нагрузки (не изменяя подобранного положения регулятора!) имеющейся согласованной нагрузкой. Убедитесь, что эта нагрузка действительно обеспечивает согласование линии.

2. Измерение основных параметров волны в линии

Экспериментально определите волновое сопротивление линии, для чего с помощью омметра измерьте подобранное сопротивление переменного резистора нагрузки R_н=R_в. Измеренное таким образом значение R_в внесите в таблицу и сравните с расчетным (рассчитанным по известным погонным параметрам линии).

Образец таблицы

Экспериментально определите скорость распространения волны в линии. Для этого с помощью курсоров измерьте запаздывание t импульса на согласованной нагрузке по сравнению с импульсом генератора, а по этому запаздыванию определите фазовую скорость v_ф=l_лин/t. Измеренное таким образом значение v_ф внесите в ту же таблицу и сравните с расчетным (рассчитанным по известным погонным параметрам линии).

3. Режим бегущей волны

Перейдите в режим гармонических колебаний, для чего сформируйте гармоническое напряжение с заданной частотой f (см. таблицу заданий) и скорректируйте амплитуду генерируемого напряжения (так, чтобы амплитуда напряжения на согласованной нагрузке U_н = 1 В).

Изучите распределение амплитуды и фазы напряжения вдоль согласованной линии. Для этого, перемещая «щуп» от нагрузки к генератору, с помощью курсоров измерьте распределения амплитуды U(z) и фазы (z), где

(град),

и постройте их графики (требуемые пределы напряжения — от 0 до 2 В, рекомендуемый масштаб — 200 мВ в 1 см, расстояние от нагрузки z откладывайте «влево»). По графику (z) определите коэффициент фазы , внесите его в таблицу и сравните с расчетным.

Образец таблицы

Повторите изучение распределения фазы напряжения вдоль согласованной линии и измерение коэффициента фазы для другой частоты (примерно на 30% большей или меньшей — на ваш выбор). Новое распределение фазы нанесите на ранее построенный график, новое значение коэффициента фазы внесите в ту же таблицу и сравните с расчетным.

После этого вновь установите исходную (заданную) частоту гармонического напряжения.