Лабораторная работа 4.3 Исследование LC сглаживающего фильтра

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

Описание модели LС–фильтра. Схема модели приведена на рисунке 4.15. Она позволяет исследовать процессы в LС 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. Их назначение очевидно из схемы. С помощью ключа К1 подключается генератор пульсаций входного напряжения – U1,  с помощью ключа К2  включается

 Вариант 06

 

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 4.16).

 

 

Рисунок 4.16 – Измерение уровня пульсаций посредством осциллографа

 

Для этого установите удобную развертку: 2 Ms/div; Y/T; Auto; 1…5 V/div (в канале A); 200…500 Mv/div (в канале B); начальное смещение уровня сигнала Yposition равное 0,00.

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 (MAGNITUDE) и ФЧХ (PHASE) LC сглаживающего фильтра при логарифмической и линейной шкалах.

Исследование LС– фильтра в установившемся режиме. Установите ключ К1 в нижнее положение (клавишей 1);

К2 – в верхнее положение (клавишей 2);

К3 – в левое положение (замкнут, 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 4.6.

 

Таблица 4.6 – Исходные данные для LC – 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	5	7	9

Откройте окно (рисунок 4.17) источника постоянного тока ( ) и установите заданный уровень напряжения U01.

 

 

Рисунок 4.17 – Окно источника постоянного тока

 

Закройте окно. Далее откройте окно (рисунок 4.18) источника переменного тока () и установите уровень переменной составляющей U1.

 

 

Рисунок 4.18 – Окно источника переменного тока

2 Переведите выключатель в правом верхнем углу экрана в положение 1. Запишите показания вольтметра U02 и амперметра I0.

3 Двойным щелчком по значку «осциллограф» включите его. Установите удобную развертку: 0,02 S/div; Y/T; Auto; 1…50 V/div (в обоих каналах) и начальное смещение уровня сигнала Yposition равное 0,00. После заполнения экрана нажмите клавишу pause или выключите схему. Измерьте уровень пульсаций напряжения на выходе сглаживающего фильтра (Um2) любым методом, изложенным выше, найдите коэффициент сглаживания

 

 

Сравните его с теоретическим значением   при RН= 10 Ом; R1 = 1 Ом;

L1 = 100 мГн; С1 = 700 мкФ.

 

 

.

— фильтр без потерь

— фильтр с потерями,

где — частота пульсаций на входе

 

4 Снимите и постройте в масштабе зависимости S, U02 и КПД фильтра      от тока нагрузки (I0). Для этого с помощью клавиши «R» изменяйте сопротивление нагрузки и заполните таблицу 4.7.

 

Таблица 4.7 – Снятие зависимостей S, U02 и КПД

 

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 LС – 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 в фильтре при воздействии со стороны нагрузки.

Реостат RH установите в положение 50 %;

ключ К1 — в верхнее положение;   К2 – в верхнее положение ;

К3 – в правое положение (разомкнут); входы осциллографа – открытые (опция DC).

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 4.19).

 

 

Рисунок 4.19 – Измерение уровня перенапряжения

 

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. Аналогично подведите мышь под индуктивность конденсатор С1 до момента   появления символа «рука» и двойным щелчком откройте окно параметров. Выберите опцию value и установите в окне номинал 500 мкФ. Выход из этого окна осуществляется нажатием кнопки «ОК». Повторите п.п. 1 и 2.

4 Восстановите значение L1 = 100 мГн., С1= 700мкФ.

 

Измерение АЧХ и ФЧХ.

1 Установите ключ К1 – в нижнее положение; ключ 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 форму АЧХ. Найдите полосу пропускания на уровне 0,707.

2 В измерителе АЧХ установите логарифмические масштабы: по вертикали F=10dB, I= – 40dB ; по горизонтали F=100 кГц, I=0,1 Гц. Включите и выключите схему. Зарисуйте форму АЧХ. С помощью визирной линии определите частоту на уровне –3 dB (что соответствует линейному уровню 0,707). Измерьте 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 её с теоретической.

3    В измерителе ФЧХ установите линейный масштаб по вертикали (F = 0, I = –180°) и логарифмический по частоте. Зарисуйте ФЧХ с указанием осей.

 

                            4.4.3.1 Результаты работы

 

Подготовьте отчет по лабораторной работе.

 

4.4.3.2 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 LС – фильтра зависит коэффициент сглаживания фильтра?

4  Как проанализировать переходные процессы в LС сглаживающем фильтре?

5  Какие воздействия на сглаживающий фильтр вызывают возникновение переходных процессов?

• На какие элементы схем источников питания оказывают воздействие перенапряжения, возникающие при переходных процессах?