Переходные процессы в интегрирующей RC – цепи

Лабораторная работа №2

Исследование переходных процессов в RC -цепях

Цель работы: исследовать RC – цепи при подаче на их вход однополярных прямоугольных импульсов различной частоты; получить на экране осциллографа осциллограммы выходных сигналов и определить по полученным осциллограммам частоту среза RC - цепи.

Приборы и принадлежности:

1. Осциллограф GOS-620,

2. Мультиметр АРРА – 62,

3. Генератор прямоугольных импульсов,

4. Монтажная плата для сборки RC-цепей (одна и та же плата используется при выполнении лабораторных работ №4 и №5),

5. Соединительные провода.

Контрольные вопросы

1. Запишите закон изменения напряжения на конденсаторе и резисторе при зарядке конденсатора от источника постоянного напряжения через резистор R, если конденсатор предварительно был разряжен. Представьте соответствующие графики.

2. Запишите закон изменения напряжения на конденсаторе и резисторе при разрядке конденсатора через резистор R, если конденсатор был полностью заряжен. Представьте соответствующие графики.

3. Как могут соотноситься между собой постоянные времени τ при зарядке и разрядке конденсатора. Приведите примеры графиков заряда и разряда конденсатора (в одних осях) для различных соотношений τ: , , ( и – постоянные времени заряда и разряда конденсатора соответственно).

4. Нарисуйте схемы интегрирующей и дифференцирующей RC - цепей.

5. Объясните формулы (1) и (9) из раздела «Краткая теория».

6. Запишите и объясните условия интегрирования и дифференцирования напряжения с помощью RC-цепей.

7. Объясните, почему RC – цепь с резистором на выходе называется дифференцирующей, а RC – цепь с конденсатором на выходе – интегрирующей.

8. Что такое скважность импульсов, относительная длительность импульсов.

9. Какой электрический сигнал называют меандр.

10. Как фильтрующие свойства RC –цепей влияют на форму выходных сигналов, если на вход подаётся сигнал типа меандр.

11. Что такое частота среза для RC-цепи и как она связана с постоянной времени RC-цепи.

12. В чём заключается сущность эксперимента по наблюдению переходных процессов в RC-цепях. Объясните схемы электрических цепей для проведения данного эксперимента. Обоснуйте выбор частот входных сигналов. Как на основе выходных осциллограмм объяснить фильтрующие свойства RC-цепей.

Краткая теория

Простейшая RC – цепь представляет собой последовательно соединённые резистор и конденсатор (рис.1). Цепь с резистором на выходе называется дифференцирующей RC – цепью, с конденсатором – интегрирующей RC – цепью.

Исследуем переходные процессы в RC – цепях при подаче на вход прямоугольного однополярного импульса, такого, что время импульса равно времени паузы (рис.2 и рис.5). Такой сигнал называют меандр.

Дифференцирующая RC - цепь

Интегрирующая RC – цепь

Рис.1

Переходные процессы в интегрирующей RC – цепи

При подаче прямоугольного импульса на вход интегрирующей RC – цепи конденсатор заряжается при наличии импульса и разряжается во время паузы, формируя таким образом сигнал на выходе (см.рис.2). На формы выходного напряжения влияет величина τ – постоянная времени RC – цепи. Рассмотрим данный вопрос подробнее.

Запишем выражения для вычисления тока в данной цепи:

. (1)