Тема: Ознайомлення з методами та обладнанням для дослідження амплітудно-частотних та фазово-частотних характеристик електричних кіл.

Мета: освоїти методи отримання частотних характеристик будь-якого електричного кола або електричного приладу; ознайомитись із аналізатором передавальних функцій Electronics Workbench і методами представлення отриманих частотних характеристик.

Порядок виконання роботи

6.1. Запустіть Electronics Workbench за допомогою ярлика.

6.2. Завдання 1: Дослідити вплив параметрів електричного кола на частотні характеристики схеми за допомогою осцилографу.

6.2.1. Складіть схему, наведену на рис. 6.1. Як об’єкт дослідження в цій схемі обраний дільник напруги R1 ÷ R2, що шунтується «паразитною» ємністю С.

6.2.2. Встановіть режим синусоїдальної напруги генератора і встановіть її амплітуду U = 1 V.

Змінюючи частоту F вхідної напруги U_in, виміряти на збільшеній осцилограмі (кнопка «Expand») амплітуду вихідної напруги U_out та її фазовий зсув відносно вхідної напруги φ.

Для визначення зазначених параметрів на збільшеній осцилограмі зручно використовувати маркери . Оскільки зсув фаз за осцилограмою визначається в часових одиницях, то для перерахунку значення зсуву в кутових одиницях скористайтесь формулою:

φ° = F[Hz] ´ 360° ´ (Т2 – Т1) [сек],

де Т1 і Т2 – час початків періодів відповідно вхідного і вихідного сигналів.

Отримані дані занесіть до таблиці 6.1 і розрахуйте модуль коефіцієнта передачі напруги схеми k = U_out / U_in для ряду значень частоти.

Таблиця 6.1.

6.2.3. Побудуйте графіки k = f(F) та φ = f(F). Визначіть частоту генератора F_в, що відповідає значенню k = 0,707k₀ (де k₀ – стале значення k при низьких частотах) та фазовий зсув φ(F_в).

6.2.4. Замість С = 100 pF встановіть С = 200 pF і знову повторіть п. 6.2.2 і п. 6.2.3. Зробіть висновки щодо впливу значень С на F_в та φ(F_в).

6.2.5. Знову встановіть С = 100 pF та замініть значення R₁ і R₂ (R₁ = 10 кОм і R₂ = 10 кОм). Повторіть п. 6.2.2 і п. 6.2.3. зробіть висновки щодо впливу значень еквівалентного опору R_е = R₁ + R₂ на значення F_в та φ(F_в).

6.3. Завдання 2: Дослідити вплив параметрів електричного кола на частотні характеристики схеми за допомогою графічного реєструю чого пристрою (аналізатора передавальних функцій).

6.3.1. Замість осцилографа встановіть аналізатор передавальних функцій (рис. 6.2). Його вхідні клеми ідентичні осцилографу, проте замість клеми «Ground», відносно потенціалу якої визначуються потенціали вхідних клем каналів «А» і «В», використовуються праві клеми входів «In» і «Out», з’єднані між собою.

6.3.2. Відкрийте лицеву панель аналізатора і встановіть режим заміру амплітуди «Magnitude», для вертикальної осі шкалу «LIN» із діапазоном (I ÷ F) – «0 ÷ 1», а для горизонтальної осі шкалу «LOG» із діапазоном (I ÷ F) – «2 ÷ 10 MHz».

На основі даних, отриманих при виконанні наступних п. 6.3.3 і п. 6.3.4, заповнити таблицю, аналогічну таблиці 6.1 і порівняти дані двох таблиць.

6.3.3. Ввімкніть живлення і отримайте залежність k = f(F) для визначених параметрів елементів схеми (С = 100 pF; R1 = R2 = 1 кОм). Для отримання окремих значень k і F використовуйте на лицевій панелі аналізатора кнопки переміщення вертикальної лінії на екрані – маркера . Так, застосовуючи маркер, визначіть на графіку k = f(F) частоту F_в.

6.3.4. Замініть режим заміру «Magnitude» на «Phase» з діапазоном для вертикальної осі «0 ÷ 90°». Отримайте графік φ = f(F).

6.3.5. Поверніться до режиму «Magnitude» на аналізаторі передавальних функцій і виберіть для вертикальної осі шкалу «LOG» із діапазоном «–20 db ÷ 0 db». Повторіть п. 6.3.3 та отримайте графік залежності k(db) = f(F). При застосуванні цього графіку слід пам’ятати, що 0,707k₀ (що відповідає F_в), дорівнюватиме k(db) =–3 (db).