Файл: Лабораторная работа 1 анализ частотных и временных характеристик пассивного и активного четырехполюсников.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.10.2023
Просмотров: 265
Скачиваний: 8
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕУЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ ИМ. ПРОФ. М.А. БОНЧ-БРУЕВИЧА»(СПбГУТ)ИНСТИТУТ НЕПРЕРЫВНОГО ОБРАЗОВАНИЯДисциплина: Теория электрических цепейЛабораторная работа 1АНАЛИЗ ЧАСТОТНЫХ И ВРЕМЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИКПАССИВНОГО И АКТИВНОГО ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКОВс использованием программы FASTMEANВариант 3Фамилия:___Чудинов____Имя:___Кирилл____Отчество:_Витальевич__Группа №:____РБ-11з______Проверил:______________Санкт-Петербург20231.Цель работы1.1. Исследовать частотные характеристики пассивного четырехполюсника: амплитудно-частотную│H(jω)│ и фазо-частотную θ(ω). 1.2. Исследовать временные характеристики пассивного четырехполюсника: переходную характеристику h(t) и импульсную g(t). 1.3. Оценить связь между временными и частотными характеристиками исследуемого четырехполюсника. 2.Задание на самостоятельную подготовку к работе2.1. Изучите теоретические вопросы, связанные с нахождением операторных передаточных функций и частотных характеристик пассивных и активных четырехполюсников. 2.2. Изучите теоретические вопросы, связанные с нахождением временных характеристик по известной операторной передаточной функции. 2.3. Найдите операторную передаточную функцию H(p)=U2(p)/U1(p) пассивного четырехполюсника 3-го порядка, соответствующего вашему номеру варианта, схема и параметры которого даны в табл. 5.1.
Таблица 5.1 - Схемы пассивных четырехполюсников
3. Задание для работы в компьютерном классе 3.1. Загрузите программу FASTMEAN. Описание работы с программой приведено в приложении методических указаний. 3.2. Постройте на экране дисплея схему пассивной цепи, выбрав ее из табл. 5.1 в соответствии со своим номером варианта. 3.3. Подключите к входным зажимам цепи источник напряжения. На вкладке «Параметры» задайте «Тип источника» - «Гармонический», сделав выбор в раскрывающемся списке. 3.4. Заземлите базисный узел. Пронумеруйте узлы, нажав кнопку «Показать номера узлов» на панели инструментов. 3.5. Постройте и зарисуйте частотные характеристики цепи АЧХ и ФЧХ в линейном масштабе. Для этого на панели инструментов выберите кнопку «Анализ» → «АЧХ/ФЧХ». Начальную частоту выберите равной 1 Гц, конечную частоту - 10 МГц. Указанные значения в дальнейшем следует откорректировать так, чтобы на экране дисплея достаточно хорошо отображались основные особенности АЧХ и ФЧХ исследуемой цепи. Выберите число точек для расчета, равное 1000. 3.6. Определите по графику АЧХ с помощью линейки полосу пропускания цепи на уровне Hmax/√2 , где Hmax =max │Н (jω)│. 3.7. Определите по графику АЧХ граничные значения амплитудно-частотной характеристики:lim│Н (jω)│= │Н (0)│; lim│Н (jω)│= │Н (∞)│. ω→0 ω→∞3.8. Смоделируйте на входе цепи единичное ступенчатое воздействие 1(t). Задайте параметры источника: «Тип источника» – меандр «Частота (f)» – 1 Гц «Коэффициент заполнения (К)» – 50% «Макс.напряжение (Umax)» – 1 В «Мин.напряжение (Umin)» – 0 В «Длительность фронта (tfr)» – 1 нс «Задержка включение (delay)» – 0 пер 3.9. Постройте и зарисуйте переходную характеристику цепи h(t). Рекомендуемые параметры в таблице анализа: «Начальное время» - 0 «Конечное время» - 5 мкс «Число точек» – 10000 Определите по графику с помощью линейки предельные значения h(t):
lim h(t)= h(0); lim h(t)= h(∞). t→0 t→∞3.10. Смоделируйте на входе единичное импульсное воздействие δ(t). Задайте параметры источника: «Тип источника» – меандр «Частота (f)» – 1 Гц «Коэффициент заполнения (К)» – 0,1мк % «Макс.напряжение (Umax)» – 10Г В «Мин.напряжение (Umin)» – 0 В «Длительность фронта (tfr)» – 1 нс «Задержка включение (delay)» – 0 пер 3.11. Постройте и зарисуйте импульсную характеристику цепи g(t). Рекомендуемые параметры в таблице анализа: «Начальное время» - 0 «Конечное время» - 5 мкс «Число точек» – 10000 3.12. Получите выражение изображения для операторной передаточной функции четырехполюсника. Для этого на панели инструментов выберите кнопку «Анализ» → «Символьный». В появившемся диалоговом окне выберите величину, соответствующую выходному напряжению четырехполюсника. Включите опцию «Показать все формулы» и нажмите кнопку «Получить». Скопируйте получившееся выражение операторной передаточной функции. Сравните полученное выражение с предварительно рассчитанным H(p)=U2(p)/U1(p) .4. Указания защите 4.1. Отчет должен содержать: - схемы исследуемых цепей; - вывод аналитических выражений для операторных передаточных функций пассивного четырехполюсника 3-го порядка и ARC-фильтра 2-го порядка; - графики частотных характеристик АЧХ и ФЧХ, рассчитанных на ПК для каждой цепи, с указанием на графиках АЧХ полосы пропускания; - графики переходных h(t) и импульсных g(t) характеристик, рассчитанных на ПК для каждой цепи; - проверьте выполнение соотношений между предельными значениями переходных характеристик цепей (при t=0 и t→∞) и их АЧХ (при ω=0 и ω→∞): lim h(t)= h(0)=H(∞); lim h(t)= h(∞)=H(0). t→0 t→∞- определите количество и характер полюсов H(p) по виду H(p) и графикам переходных характеристик пассивной и активной цепей и качественно покажите их на комплексной плоскости. 4.2. Подготовьтесь к ответу на контрольные вопросы.Отчет:1)
Полоса пропускания получилась от 426 кГц до 591 кГц и составляет 165кГц.Граничные значения равны:lim│Н (jω)│= │Н (0)│=1;ω→0 lim│Н (jω)│= │Н (∞)│=0. ω→∞Запишем узловые уравнения для узлов 2 и 3:Из второго уравнения выражаем U3(p) через U2(p):и подставляя в первое уравнение, получаем:Тогда отношение U2(p)/U1(p) примет вид:а операторная передаточная функция:2)lim h(t)= h(0)=0; t→0 lim h(t)= h(∞)=1. t→∞3)4) Получим выражение изображения для операторной передаточной функции четырехполюсника.Вывод: выражения передаточной характеристики, полученные с помощью FASTMEAN, совпадают с расчетным выражением.
Таблица 5.1 - Схемы пассивных четырехполюсников
| Вариант | Схема пассивной цепи | Параметры |
| 3 |  | L1=5 мкГн C1= С2=10 нФ R1=20 Ом |
lim h(t)= h(0); lim h(t)= h(∞). t→0 t→∞3.10. Смоделируйте на входе единичное импульсное воздействие δ(t). Задайте параметры источника: «Тип источника» – меандр «Частота (f)» – 1 Гц «Коэффициент заполнения (К)» – 0,1мк % «Макс.напряжение (Umax)» – 10Г В «Мин.напряжение (Umin)» – 0 В «Длительность фронта (tfr)» – 1 нс «Задержка включение (delay)» – 0 пер 3.11. Постройте и зарисуйте импульсную характеристику цепи g(t). Рекомендуемые параметры в таблице анализа: «Начальное время» - 0 «Конечное время» - 5 мкс «Число точек» – 10000 3.12. Получите выражение изображения для операторной передаточной функции четырехполюсника. Для этого на панели инструментов выберите кнопку «Анализ» → «Символьный». В появившемся диалоговом окне выберите величину, соответствующую выходному напряжению четырехполюсника. Включите опцию «Показать все формулы» и нажмите кнопку «Получить». Скопируйте получившееся выражение операторной передаточной функции. Сравните полученное выражение с предварительно рассчитанным H(p)=U2(p)/U1(p) .4. Указания защите 4.1. Отчет должен содержать: - схемы исследуемых цепей; - вывод аналитических выражений для операторных передаточных функций пассивного четырехполюсника 3-го порядка и ARC-фильтра 2-го порядка; - графики частотных характеристик АЧХ и ФЧХ, рассчитанных на ПК для каждой цепи, с указанием на графиках АЧХ полосы пропускания; - графики переходных h(t) и импульсных g(t) характеристик, рассчитанных на ПК для каждой цепи; - проверьте выполнение соотношений между предельными значениями переходных характеристик цепей (при t=0 и t→∞) и их АЧХ (при ω=0 и ω→∞): lim h(t)= h(0)=H(∞); lim h(t)= h(∞)=H(0). t→0 t→∞- определите количество и характер полюсов H(p) по виду H(p) и графикам переходных характеристик пассивной и активной цепей и качественно покажите их на комплексной плоскости. 4.2. Подготовьтесь к ответу на контрольные вопросы.Отчет:1)
Полоса пропускания получилась от 426 кГц до 591 кГц и составляет 165кГц.Граничные значения равны:lim│Н (jω)│= │Н (0)│=1;ω→0 lim│Н (jω)│= │Н (∞)│=0. ω→∞Запишем узловые уравнения для узлов 2 и 3:Из второго уравнения выражаем U3(p) через U2(p):и подставляя в первое уравнение, получаем:Тогда отношение U2(p)/U1(p) примет вид:а операторная передаточная функция:2)lim h(t)= h(0)=0; t→0 lim h(t)= h(∞)=1. t→∞3)4) Получим выражение изображения для операторной передаточной функции четырехполюсника.Вывод: выражения передаточной характеристики, полученные с помощью FASTMEAN, совпадают с расчетным выражением.