Примеры расчёта стержневых систем методом перемещений
Лабораторные работы Примеры расчета типовых задач Расчетно-графическая работа Электрические цепи постоянного и переменного тока

Лабораторные работы, примеры расчета типовых задач по электротехнике

Рассчитать и построить нормированные амплитудные спектры сигналов, указанных преподавателем. По оси ординат откладывать нормированную амплитуду гармоник (An/A1), по оси абсцисс – нормированную частоту n.

Таблица 1.1.

N п/п

Форма сигнала

Параметры спектральных составляющих (a0=0)

1

2

3

Лабораторное задание

Определить с помощью анализатора спектра СК-56 и построить амплитудные спектры сигналов с выхода лабораторного макета. Исследовать зависимость спектра периодического сигнала от периода его повторения.

Используя данные о параметрах спектральных составляющих, указанных преподавателем сигналов, произвести с помощью компьютера синтез Фурье. Исследовать влияние числа суммируемых гармоник N на правильность восстановления формы сигнала.

4. Описание лабораторного макета

Блок-схема лабораторной установки приведена на рис. 1.5 и состоит из:

генератора звуковой частоты (ЗГ-1), имеющего симметричный выход, т.е. колебания, поступающие с генератора на гнезда Г1-Г3 и Г2-Г3, сдвинуты между собой по фазе на 180°;

генератора звуковой частоты (ЗГ-2) с несимметричным выходом;

анализатор спектра (АС);

осциллографа (ОСЦ), предназначенного для визуального наблюдения формы исследуемого колебания;

лабораторного макета (ЛМ), предназначенного для формирования используемых в экспериментах колебаний. Гнезда Г3, Г5, Г7, Г9 являются земляными. Гнездо Г10 соединяется проводом с гнездом «внешняя синхронизация» осциллографа. В состав ЛМ входят диоды VD1, VD4-VD7, стабилитроны VD2, VD3, ограничительные сопротивления R1-R6 и переключатели SA1-SA4. Нелинейные элементы VD1-VD7 совместно с ограничительными резисторами R1-R6 формируют колебания, подлежащие исследованию, из синусоидальных сигналов, получаемых от ЗГ-1 и ЗГ-2. Положения переключателей SA1-SA4 при выборе той или иной формы колебаний, приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2.

N п/п

Форма сигнала

SA1

SA2

SA3

SA4

1

u1(t)=um1sinWt

0

0

0

0

2

0

0

0

1

3

u3(t)=um3sign(sinWt)

0

0

1

0

4

1

1

1

1

При исследовании гармонического колебания e(t) сигнал генератора ЗГ-1 через ограничительный резистор R2 поступает на вход АГ и осциллографа.

Для получения однополупериодного синусоидального колебания используется схема, приведенная на рис 1.6.

Рисунок 1.6.

Входной сигнал, представляющий гармоническое колебание e(t)=UmsinWt, поступает через резистор R2 на параллельно соединенные резистор R5 и диод VD1.

Во время действия положительной полуволны e(t) резистор R5 шунтируется высокоомным обратным сопротивлением диода. При этом амплитуда сигнала на выходе схемы определяется выражением

Во время действия отрицательной полуволны диод открыт и сопротивление R5 шунтируется низкоомным прямым сопротивлением. Напряжение на выходе схемы определяется выражением

Для формирования колебания типа «меандр» используется схема, приведенная на рисунке 1.7:

Рисунок 1.7.

Стабилитрон имеет характеристику, приведенную на рисунке 1.8. а. Два встречно включенных стабилитрона имеют характеристику, приведенную на рисунке 1.8. б, т.е. гармоническое колебание, подаваемое на встречно включенные стабилитроны, ограничиваются на уровне Uст.

Рисунок 1.8.

Учитывая большую крутизну нарастания сигнала на начальных участках, сигнал на выходе схемы можно аппроксимировать функцией, приведенной на рисунке 1.3 (таблица 1.2).

Для формирования амплитудно-модулированного (АМ) колебания с прямоугольной огибающей используется схема (рисунок 1.9.).

Рисунок 1.9.

В этой схеме сигнал e1(t)=U1sinw0t подается от генератора ЗГ-2. Сигналы e2(t)=U2sinWt и e3(t)=U2sin(Wt + p) подаются на схему от генератора ЗГ-1 с симметричным выходом через ограничивающие резисторы R*2=R2+R4 и R*3=R3+R6. В момент времени 0<t<T/2, где T=2p/W, действует положительная полуволна напряжения e2(t) и отрицательная полуволна напряжения e3(t). Эти напряжения открывают диоды VD4-VD7, которые своими низкоомными прямыми сопротивлениями шунтируют схему в точках 2 и 4. При этом Uвых(t)»0. В момент времени T/2<t<T действует отрицательная полуволна e2(t) и положительная полуволна e3(t), которые запирают диоды VD4-VD7, шунтирующие схему в точках 2 и 4 своими высокоомными обратными сопротивлениями. При этом почти весь сигнал e1(t) проходит на выход. Учитывая ограничивающее действие резисторов, спектр сигнала будет таким, как представлено на рисунке 1.4 (см. также таблицу 1.2).

5. Порядок выполнения работы

Собрать установку (рисунок 1.5) и произвести следующие измерения и наблюдения. При этом вид исследуемого сигнала выбирается переключателями SA1-SA4 (см. таблицу 1.2). Уровни сигналов ЗГ-1 и ЗГ-2 подбираются исходя из требования получения на выходе ЛМ колебаний, близким к идеальным, и подстройки под чувствительность АС.

Определить спектр гармонического сигнала. Частота сигнала 10 кГц. Измерить частоту и амплитуду гармоники по экрану анализатора спектра и сравнить эти данные с результатами измерений осциллографом. Повторить измерения, увеличив частоту входного сигнала в 2 раза.

Определить спектр периодической последовательности сигнала «полуволны» (см. рисунок 1.1), периодической последовательности прямоугольных импульсов типа «меандр» (см. рисунок 1.2) и последовательности амплитудно-модулированных колебаний (таблица 1.2, п.4). Зарисовать нормированные амплитудные спектры сигналов, измерив амплитуды и частоты гармонических составляющих. Сравнить экспериментальные и расчетные (см. домашнее задание) амплитудные спектры сигналов.

Используя параметры сигналов, произвести на компьютере синтез сигналов. Для выполнения задания задать на компьютере правила расчета амплитуд и фаз соответствующего сигнала. Задаться четырьмя различными значениями числа гармоник N, которые будут участвовать в синтезе сигнала. N выбирать так, чтобы число гармоник, практически участвующих в синтезе, менялось от 2-3 до максимального N=20. Результаты распечатать.

Провести обработку результатов синтеза. Ля сигналов с крутыми фронтами построить графики зависимости относительной длительности фронта (tф/tи) от числа гармоник N. Длительность фронта определять как время, за которое сигнал достигает уровня 0,9 от амплитуды импульса.

6. Содержание отчета

Графики расчетных и измеренных анализатором спектра амплитудных спектров сигналов.

Распечатки временных функций, полученных на компьютере.

Основные выводы по лабораторной работе, включающие анализ расхождения теоретических и экспериментальных данных.

7. Контрольные вопросы

Основные различия и характерные особенности спектров синусоидального, однополярного синусоидального колебания и колебания типа «меандр» одинаковой частоты.

Чем определяется ширина спектра колебания с амплитудной модуляцией?

Сходство и различие модулирующего, модулированного и модулируемого колебаний.

Можно ли считать исследуемые колебания узкополосными? Ответ обосновать, исходя из определения узкополосных радиосигналов.

Как влияет период повторения периодического сигнала на его спектр?

Как влияет число гармоник, участвующих в синтезе по Фурье, на форму получаемого сигнала?

Как влияет форма синтезируемого сигнала на число гармоник, которые необходимо использовать при его синтезе?

Рекомендуемая литература

Гоноровский И. С. Радиотехнические цепи и сигналы: учеб. Пособие для вузов / И.С. Гонорвский. ­ 5-е изд., испр. и доп. ­ М.:Дрофа, 2006. ­ 719 с.: ил.

Баскаков С. И. Радиотехнические цепи и сигналы: Учеб. Для вузов по спец. «Радиотехника». ­ 3-е изд., перераб. и доп. ­ М.: Высш. шк., 2000. ­ 462 с.: ил.

Инструкция по работе с анализатором спектра СК4-56

Перед включением анализатора в сеть установить органы управления и контроля в следующие положения:

«Развертка» - авт

Ручка (яркость)  - против часовой стрелки

«Частота грубо» - среднее (8 оборотов от любого

крайнего положения

«Частота точно» - среднее

«Память» - откл

«Обзор кГц/делен» - 0,2

«Полоса Гц» - 30

«Видеофильтр» - выкл

«Линейн - Лог» - лин

«Калибр ампл 80mV 10kHz» - выкл

«Номинальный уровень»  - 0 dBV

«0,06-300 MHz –

0,01-60 kHz» - 0,01-60 kHz

Рисунок 1.10.

После проведения любых измерений указанные органы управления вернуть в первоначальное положение, кроме ручки . Этой ручкой устанавливается номинальная яркость свечения.

Включить тумблер «Сеть». Ручкой установить минимальную яркость свечения экрана.

Исследуемый сигнал подать на входной разъем «0,01-60 kHz». На экране появится спектрограмма исследуемого сигнала, например, такая как дано на рисунке 1.10.

Сигнал следящего генератора устанавливают в требуемом месте масштабной сетки индикатора ручкой «Частота грубо». На полученной спектрограмме измеряют частоты и амплитуды спектральных компонентов исследуемого сигнала.

Амплитуды спектральных компонентов измеряются по масштабной сетке, график строится в относительных единицах (An/A1).

Размер спектрогаммы регулируется ручками: грубо – ручкой «Ослабление dB», ступенчато – аттенюатором «Номинальный уровень» и плавно – потенциометром «Номинальный уровень».


Лабораторные работы, примеры расчета типовых задач по электротехнике