Лабораторная работа №6 Исследование амплитудных корректоров ТЭЦ

Лр № 6

Исследование амплитудных корректоров

Вариант 01

Вариант 04

Вариант 05

1. Цель работы

 

Исследование частотной характеристики ослабления пассивного однозвенного амплитудного корректора второго порядка и активного однозвенного корректора первого порядка.

 

2. Подготовка к выполнению работы

 

При подготовке к работе изучить теорию амплитудных и фазовых корректоров, методы расчета элементов и частотных характеристик (глава 18 электронного учебника).

 

3. Исследование пассивного однозвенного амплитудного корректора.

Экспериментальная часть

 

3.1.             Собрать схему амплитудного корректора (рисунки 6.1,а и 6.1,б — для нечетных вариантов; рисунки 6.2,а и 6.2,б  — для четных вариантов).

 

 

 

Рисунок 6.1 а

 

 

Рисунок 6.1 б

 

 

 

 

Рисунок 6.2 а

 

Рисунок 6.2 б

 

Данные элементов схемы корректора:

L₁ = 1 мГн, C₁ = 63,326 нФ, R₁ = 500 Ом, R₀=(200+Nx10) Ом. Значения L₂, C₂, R₂ – определить из условия обратности двухполюсников:

 

3.2.       Значения сопротивлений R_г и R_н, нагружающих корректор со стороны входа и выхода, установить равными характеристическому сопротивлению R₀.

3.3.       Исследовать зависимость входного сопротивления Z_вх и собственного ослабления корректора А_к от частоты f.

Для этого установить на выходе генератора напряжение, например, Е=2 В и частоту f= 50 Гц и вольтметром измерить напряжение U₁ на входе корректора, ток I₁ (амперметр на схеме указан) и напряжение U₂. Данные измерения записать в таблицу 6.1. Повторить измерения на остальных частотах, указанных в таблице 6.1.

Входное сопротивление Z_вх корректора на каждой частоте определяется по формуле:

 

,

а собственное ослабление корректора А_к по формуле:

 

, дБ

 

Данные расчета занести в таблицу 6.1.

 

Таблица 6.1

F, кГц	0,05	5	10	15	20	25	30	35	40	45	50
U1,В
I1, мА
U2,В
Zвх,кОм
АК, дБ

 

 

4. Исследование активного корректора

Целью данной части лабораторной работы является исследование частотной характеристики искажающей цепи, частотной характеристики активного корректора и частотной характеристики всего тракта в целом (искажающая цепь совместно с корректором). Рассматривается прохождение сигнала прямоугольной (треугольной) формы по тракту.

Если пассивная электрическая цепь может быть преобразована к виду, показанному на рисунке 6.3, то комплексный коэффициент передачи по напряжению для такой цепи записывается по формуле:

 

а комплексная передаточная функция по напряжению:

 

,

 

где H(w) – амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) цепи;

φ(w) – фазо-частотная характеристика (ФЧХ) цепи.

В общем случае H(w) и φ(w) зависят от частоты и, следовательно, отдельные составляющие частотного спектра сигнала U₁(jw) передаются по-разному. Это приводит к искажению спектра сигнала на выходе цепи U₂(jw) и значит к искажению самого сигнала u₂(t). В этом случае говорят, что «цепь внесла амплитудно-частотные и фазо-частотные искажения».

 

Рисунок 6.3

 

 

Для коррекции (устранения) этих искажений каскадно с искажающей цепью может быть включен корректор, выполненный на операционном усилителе (рисунок 6.4).

 

 

 

Рисунок 6.4

Для идеальной коррекции необходимо выполнить условие:

 

или

 

т. е.  , отсюда

 

 

или  в комплексной форме . При этом результирующее ослабление А_Ц + А_К = 0, т.е. А_Ц = – А_К.

Такую передаточную характеристику корректора можно получить, используя схему включения операционного усилителя с не- инвертирующим входом (рисунки 6.5,а и 6.5,б).

 

 

Рисунок 6.5 а

 

 

 

Рисунок 6.5 б

 

Экспериментальная часть

 

4.1.             Собрать схему искажающей цепи с корректором (рис. 6.5,б).

Установить R₁ = 1 кОм, R₂ = 2 кОм, C= (50+N) нФ

(Операционный усилитель можно найти в библиотеке аналоговых микросхем (5 слева) AnalogICs, элемент идет первым по счету).

Подключить источник переменного напряжения к входным зажимам цепи (1-1’) (параметры источника можно не изменять, поскольку на частотные характеристики они не влияют).

4.2.             Подключить вход In прибора BODEPLOTTER к входным зажимам цепи 1-1’, а зажимы Out к выходным зажимам цепи 2-2’. Установить линейный масштаб по вертикали 0-1, по горизонтали  0,1 мГц – 50 кГц.

4.3.             Снять зависимость коэффициента передачи цепи по напряжению H_Ц и ослабление А_Ц, дБ в диапазоне частот 0.1мГц – 50 кГц с шагом 10 кГц. Полученные данные записать в таблицу 6.2.

 

Таблица 6.2

f,кГц		0	10	20	30	40	50
Цепь	НЦ
	АЦ, дБ
Корректор	НК
	АК, дБ
Тракт	Н
	А, дБ

 

В дальнейшей работе схему цепи не убирать!

Указание: Для снятия ослабления переключить вертикальную ось в логарифмический масштаб измерения. Значение ослабления в таблицу записывать с противоположным знаком (это объясняется принципом работы прибора).

4.4.             Снять зависимость коэффициента передачи корректора по напряжению Н_К и ослабления корректора на этих же частотах. Для этого вход In подключить к точкам 2-2’ а Out к точкам 3-3’. Данные измерений записать в таблицу 6.2.

4.5.             Снять зависимость коэффициента передачи цепи по напряжению Н и ослабления А, дБ всего тракта. Для этого вход In подключить к точкам 1-1’ а Out к точкам 3-3’. Данные записать в таблицу 6.2. Убедиться, что на всех частотах Н=1, а А=0.

4.6.             Убедиться, что сигнал, сильно искажаемый цепью, полностью восстанавливается примененным корректором. Для  этого подать на вход 1-1’ цепи прямоугольный сигнал (от функционального генератора FunctionalGenerator) с амплитудой U_m= 3 В и частотой f= 5 кГц. С помощью осциллографа получить осциллограммы в следующих точках:

— входной сигнал (точки 1-1’),

— искаженный цепью сигнал (точки 2-2’),

— восстановленный корректором сигнал (точки 3-3’).

Зарисовать эти осциллограммы.

4.7.             По результатам измерений построить графики H_Ц (f), H_К  (f),

Н(f) – на одном рисунке разными цветами, графики А_ц (f), А_к (f),

A(f)– на одном рисунке разными цветами.

Привести также осциллограммы входного сигнала, искаженного цепью сигнала и сигнала, восстановленного корректором (тоже на одном рисунке  разными цветами).

 

 

5. Требования к отчету

Отчет должен содержать:

—       схему амплитудного корректора и данные элементов схемы;

—       таблицу 6.1 и графики зависимости Z_вх и А_к от частоты;

—       используя формулу

 

 

где X₁ – сопротивление реактивного двухполюсника продольной ветви, рассчитать ослабление корректора на частоте 20 кГц и сравнить его с экспериментальным значением. Определить

 

 

и сравнить его с экспериментальным значением.

— результаты измерений  по пунктам 4.6 и 4.7 (для активного корректора) в отчете   можно не приводить.

—       выводы по работе, в том числе по пунктам 4.6 и 4.7.