Лабораторная работа № 4.1 Исследование LR сглаживающего фильтра (Файл LR-фильтр)

Другие лабораторные по этому курсу Вы можете найти по ссылке >>>>>

Вариант 01

Вариант 02

 

 

 

Вариант 05

Вариант 06

 Вариант 09

 

 

Схема модели приведена на рисунке 4.5. Она позволяет исследовать процессы в индуктивном (LR) сглаживающем фильтре в установившемся и переходных режимах. Для измерения электрических величин используются двухлучевой осциллограф и ампер–вольтметры. Изменение режимов работы обеспечивается ключами К1, К2, K3.

 

 

 

Рисунок 4.5 – Схема модели LR — фильтра (Файл LR-фильтр)

С помощью ключа К1 подключается генератор пульсаций входного напряжения – U1, с помощью ключа К2 включается генератор прямоугольного напряжения UP во входную цепь (цепь питания), обеспечивая тем самым импульсное воздействие со стороны входа, а с помощью ключа К3 – импульсное воздействие со стороны нагрузки.

Ключ К1 управляется клавишей «1»

Ключ К2 – клавишей «2»

Ключ К3 – клавишей «3».

Нагрузочный реостат управляется клавишей «R» на 10 % при каждом нажатии (для движения в другую сторону используют комбинацию Shift +R). Вольтметр U02 позволяет измерять постоянную составляющую выходного напряжения, вольтметр Um2 измеряет действующее значение напряжения пульсаций. Поэтому, при расчете коэффициента пульсаций необходимо учесть множитель . Переменную составляющую (амплитуду) можно измерять и посредством осциллографа (рисунок 4.6).

Для этого установите удобную развертку: 5 mS/div; Y/T; Auto; 1…5 V/div (в обоих каналах); начальное смещение уровня сигнала Yposition равное 0,00.

 

Рисунок 4.6 – Измерение уровня напряжения пульсаций

 

Входы осциллографа должны быть закрыты (AC). Амплитудное значение входного напряжения Um1 соответствует 1 – ой визирной линии (показания в левом окне VA1), амплитудное значение напряжения на выходе — Um2 измеряется второй визирной линией (VB2).

Измерителем АЧХ и  ФЧХ проводится измерение АЧХ (нажата кнопка

MAGNITUDE) или ФЧХ (нажата кнопка PHASE) LR фильтра при логарифмической (кнопка LOG, включена по умолчанию) или   линейной   (кнопка LIN)   шкале   по   осям   Y (VERTICAL) и X (HORIZONTAL).

 

Исследование LR–фильтра в установившемся режиме. Установите ключ К1 в нижнее положение (клавишей 1); К2 – в верхнее положение (клавишей 2); К3 – в левое положение (клавишей 3); реостат нагрузки RН – 50 % (клавишей “R”, для движения в другую сторону – Shift +R).

 

1 В соответствии со своим вариантом (номером бригады) выпишите исходные данные из таблицы 4.2.

 

Таблица 4.2 – Исходные данные для LR- фильтра

Номер бригады	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
U01, В	12	18	24	36	48	12	18	24	36	48
U1, В	1	2	3	5	7	2	3	4	6	8

2 Откройте окно (рисунок 4.7) источника постоянного тока ( ) и установите заданный уровень напряжения U01.

 

Рисунок 4.7 – Окно источника постоянного тока

 

Закройте окно. Далее откройте окно (рисунок 4.8) источника переменного тока () и установите уровень переменной составляющей U1.

 

 

Рисунок 4.8 – Окно источника переменного тока

 

3 Включите схему клавишей в правом верхнем углу экрана.

Двойным щелчком по значку «осциллограф» включите его. Установите удобную развертку: 0,02 S/div; Y/T; Auto; 20 V/div (в обоих каналах); начальное смещение уровня сигнала Yposition равное 0,00. После заполнения экрана нажмите клавишу pause или выключите схему.

Запишите показания вольтметра U02 и амперметра I0. Проведите измерение уровня пульсаций напряжения на выходе сглаживающего фильтра (Um2) любым методом, изложенным выше, определите коэффициент сглаживания

4 Рассчитайте коэффициент сглаживания для: RН = 10 Ом ; R1 = 1 Ом ;   L1 = 100 мГн по формуле:

. Откуда находим L1:

,

где — частота пульсаций на входе. Сравните между собой  S_ЭКСП и S_ТЕОР.

 

5 Снимите и постройте в масштабе зависимости _ЭКСП ,   U02   и кпд фильтра      от тока нагрузки (I0). Для этого с помощью клавиши R изменяйте сопротивление нагрузки и заполните таблицу 4.3.

 

Таблица 4.3 – Снятие внешней характеристики

RН (Ом)	100%	60	40	30	20	10
I0 , А	х	х	х	х	х	х
U02, В	х	х	х	х	х	х
Um2,В	х	х	х	х	х	х
KПвых	р	а	с	ч	ё	т
SЭКСП	р	а	с	ч	ё	т
	р	а	с	ч	ё	т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Исследование LR — фильтра в переходных режимах.

1 Изучение переходных процессов в фильтре при воздействии со стороны сети.

Реостат RH установите в положение 50 %;

ключ К1 – в верхнее положение;

ключ К2 – в нижнее положение;

ключ К3 – в левое   положение (замкнут);

входы осциллографа – открытые (опция DC).

Включите схему и после заполнения экрана осциллографа выключите ее, установите желаемую чувствительность обоих каналов (кнопки V/div в зависимости от уровней напряжений), при необходимости задайте смещение по каналам . Зарисуйте форму переходного процесса на выходе фильтра при RН = 50 % и 10 %.

 

2 Изучение переходных процессов при воздействии со стороны нагрузки.

Реостат RH установите в положение 50 %;

ключ К1   – в верхнее положение;

ключ К2 – в верхнее положение ;

ключ К3 – в правое положение (разомкнут).

Включите схему и зарисуйте форму переходного процесса на выходе фильтра при RH = 50 % и 10 %. Выключите схему. Укажите интервалы «сброса» и «наброса» нагрузки. Измерьте уровень перенапряжения и длительности переходных процессов на обоих интервалах. Объясните полученные кривые и причину перенапряжения. Уровень перенапряжения определяется по показаниям осциллографа (канал B), как (рисунок 4.9).

 

Рисунок 4.9 – Измерение уровня перенапряжения

 

Длительность переходного процесса равна T2 – T1.

3 Подведите мышь под индуктивность L1 до момента  появления символа «рука» и двойным щелчком откройте окно параметров. Выберите опцию «value» и установите в окне номинал 30 мГн. Выход из этого окна осуществляется нажатием кнопки «ОК».

4         Повторите п.п. 1 и 2. Сравните переходные характеристики при двух значениях индуктивности и объясните полученные результаты.

5 Восстановите значение L1 = 100 мГн.

 

Измерение АЧХ и ФЧХ.

1 Установите ключ К1 – в нижнее положение; К2 – в верхнее положение; К3 – в левое положение (замкнут); реостат нагрузки RН – 50 %.

Двойным щелчком откройте измеритель АЧХ. Установите линейные масштабы и пределы, близкие к таким: по вертикали F = 1, I = 0; по горизонтали F = 100 Гц, I = 0,1 Гц. (для этого следует использовать «прокрутку» ). Включите и выключите схему. Зарисуйте АЧХ в масштабе. Найдите полосу пропускания на уровне 0,707.

2 В измерителе АЧХ установите логарифмические масштабы: по вертикали F = 0 dB, I = – 40 dB ; по горизонтали F = 100 кГц, I = 0,1 Гц. Включите и выключите схему. Зарисуйте АЧХ в масштабе. С помощью визирной линии определите частоту, соответствующую затуханию –3 dB (что соответствует уровню 0,707). Найдите крутизну спада АЧХ ( dB / дек). Для этого установите визирную линию на границу полосы пропускания и запишите частоту F1 и затухание A1. Передвигайте визирную линию вправо до частоты 10F1 (декада). Запишите частоту F2 и затухание А2. Получаем крутизну спада G = (A2 – A1) dB/дек. Сравните ее с теоретической.

3 В измерителе ФЧХ установите линейный масштаб по вертикали (F=0, I= – 90°) и логарифмический по частоте. Зарисуйте ФЧХ с обозначением осей.

 

                            4.4.1.1 Результаты работы

 

Подготовьте отчёт по лабораторной работе.

 

4.4.1.2 Контрольные вопросы

 

1 В каких сглаживающих фильтрах и при каких условиях возникают перенапряжения на нагрузке?

2 Объяснить график зависимости коэффициента сглаживания от изменения тока нагрузки.

3 От каких параметров LR — фильтра зависит коэффициент сглаживания фильтра?

4 Как проанализировать переходные процессы в LR сглаживающем фильтре?

5 Какие воздействия на сглаживающий фильтр вызывают возникновение переходных процессов? Когда возникают перенапряжения?

6 На какие элементы схем источников питания воздействуют перенапряжения, возникающие при переходных процессах?