Objektif:
studi tentang proses melewatkan sinyal harmonik dan sinyal persegi panjang melalui rangkaian linier, seperti rangkaian diferensiasi dan integrasi, rangkaian osilasi serial dan paralel, transformator;
studi tentang proses transien di sirkuit linier;
memperoleh keterampilan bekerja dengan alat ukur;
pelajari cara melakukan perhitungan sirkuit RCL menggunakan metode simbolik;
pengolahan dan analisis data eksperimen yang diperoleh.
Tugas:
mengukur karakteristik frekuensi amplitudo dari tujuh rangkaian linier;
mengukur karakteristik frekuensi fase dari rangkaian linier yang tercantum di atas;
untuk mendapatkan dan menyelidiki karakteristik transien dari tujuh sirkuit linier;
1 Sirkuit linier
Dalam elektronika, rangkaian listrik merupakan sekumpulan elemen rangkaian yang terhubung seperti resistor, kapasitor, induktor, dioda, transistor, penguat operasional, sumber arus, sumber tegangan, dan lain-lain.
Elemen sirkuit dihubungkan menggunakan kabel atau bus yang dicetak. Sirkuit listrik yang terdiri dari elemen ideal diklasifikasikan menurut sejumlah karakteristik:
Menurut karakteristik energi:
aktif (berisi catu daya);
sirkuit pasif (tidak mengandung sumber arus dan (atau) tegangan);
Menurut fitur topologi:
planar (datar);
nonplanar;
bercabang;
tidak bercabang;
sederhana (satu, dua sirkuit);
kompleks (multi-sirkuit, multi-node);
Dengan jumlah kesimpulan eksternal:
jaringan dua kutub;
quadripoles;
multipole;
Dari frekuensi bidang ukur:
rangkaian dengan parameter yang disatukan (dalam rangkaian dengan parameter yang disatukan, hanya resistor yang memiliki resistansi, hanya kapasitor yang memiliki kapasitas, hanya induktor yang memiliki induktansi);
sirkuit dengan parameter terdistribusi (di sirkuit dengan parameter terdistribusi, bahkan kabel penghubung memiliki kapasitansi, konduktivitas, dan induktansi, yang didistribusikan sepanjang panjangnya; pendekatan ke sirkuit dalam gelombang mikro ini paling umum);
Dari jenis elemen:
sirkuit linier, jika terdiri dari elemen ideal linier;
sirkuit nonlinier, jika sirkuit mencakup sekurang-kurangnya satu elemen nonlinier;
Dalam makalah ini, sirkuit pasif dianggap, terdiri dari tiga elemen sirkuit. Elemen-elemen 
- Disebut elemen sirkuit ideal. Arus yang mengalir melalui elemen-elemen tersebut adalah fungsi linier dari tegangan yang diberikan:
untuk resistor 
:
;
untuk kapasitor 
:
;
untuk induktor kumparan 
:
Oleh karena itu, rantai terdiri dari 
elemen disebut linier.
Sebenarnya, dalam praktiknya, tidak semua 
unsur-unsurnya linier, tetapi dalam banyak kasus penyimpangan dari linieritas kecil dan unsur nyata dapat dianggap sebagai unsur linier yang diidealkan. Resistansi aktif dapat dianggap sebagai elemen linier hanya jika arus yang mengalir melaluinya sangat kecil sehingga panas yang dilepaskan tidak menyebabkan perubahan yang nyata dalam nilai resistansinya. Pertimbangan serupa dapat dibuat untuk induktor dan kapasitor. Jika parameternya 
rangkaian tetap tidak berubah selama proses kelistrikan yang dipelajari berlangsung, kemudian kita berbicara tentang rangkaian dengan parameter konstan.
Karena proses dalam rangkaian linier dijelaskan oleh persamaan linier, prinsip superposisi dapat diterapkan padanya. Ini berarti bahwa hasil tindakan dalam rantai linier dari sinyal bentuk kompleks dapat ditemukan sebagai jumlah hasil tindakan sinyal yang lebih sederhana, di mana sinyal asli dan kompleks diuraikan.
Dua metode digunakan untuk menganalisis rangkaian linier: metode respons frekuensi dan metode respons transien.
KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN ILMU PENGETAHUAN RUSIA
LEMBAGA PENDIDIKAN ANGGARAN NEGARA FEDERAL PENDIDIKAN PROFESIONAL TINGGI
"UNIVERSITAS NEGARA MORDOVSK mereka. N. P. OGAREVA "
FAKULTAS TEKNOLOGI ELEKTRONIK
Departemen "AUTOMATION"
M. V. Ilyin
dari. dari. KAPITONOV
Penulis-penyusun: Kepala Departemen Otomasi, Cand. teknologi. Ilmu Pengetahuan, Associate Professordepartemen Otomasi, cand. teknologi. sains, gurudepartemen "Otomasi" , Associate Professor dari Departemen Otomasi.Meneruskan sinyal dari berbagai bentuk melalui linier RC-rantai: bengkel laboratorium / N. N. Bespalov, M. V. Ilyin ,. - Saransk: Kovylk. type., 2012. - 24 hal.
ISBN ___________
Berisi informasi teoritis dan instruksi metodologis untuk pekerjaan laboratorium "Lintasan sinyal dari berbagai bentuk melalui linier RC-rantai "di kursus" Sirkuit elektronik dan sirkuit mikro ". Ini ditujukan untuk siswa dari bidang pelatihan "Elektronika dan Nanoelektronik", "Teknologi Infokomunikasi dan Sistem Komunikasi", "Teknik Tenaga dan Teknik Elektro" dan "Teknik Instrumen". Namun, manual ini dapat digunakan oleh mahasiswa dari spesialisasi lain yang terkait dengan teknik elektro, elektronika, dan teknik radio.
Diterbitkan oleh keputusan dewan ilmiah dan metodologi Universitas Negeri Mordovia dinamai Malam.
UDC 621.391.3.011.71 (076)
BBK B534
KATA PENGANTAR
Praktik laboratorium ini berisi deskripsi pekerjaan laboratorium pertama, yang dilakukan ketika siswa mempelajari penuh waktu dan paruh waktu mengajar bentuk sirkuit impuls dalam kerangka mata kuliah "Sirkuit elektronik dan sirkuit mikro".
Tujuan utama dari pekerjaan ini adalah untuk mempelajari proses transmisi pulsa dari berbagai bentuk RC-rantai.
Karena pelaksanaan pekerjaan laboratorium pada mata kuliah yang diteliti sering mendahului presentasi kuliah dari bagian yang sesuai, aplikasi teoritis diperkenalkan dalam deskripsi pekerjaan, yang dapat berfungsi sebagai buku teks untuk bagian yang sesuai dari kursus, serta buku teks untuk desain mata kuliah dan perhitungan khas.
Namun, penggunaan hanya satu aplikasi teoritis untuk persiapan pekerjaan laboratorium tidaklah cukup. Bagian yang relevan perlu dipelajari dalam literatur yang diberikan di akhir koleksi.
Saat mempersiapkan karya selanjutnya, mahasiswa diwajibkan untuk membiasakan diri dengan uraian karya, buku pedoman teori, literatur yang ditentukan, dan juga menyelesaikan tugas desain awal.
Laporan pekerjaan harus berisi skema yang dipelajari, tugas desain awal yang diselesaikan dan hasil yang diperoleh. Laporan tersebut harus disiapkan dengan rapi pada lembar A4 standar, dan juga disampaikan dalam bentuk elektronik.
Urutan kelulusan pekerjaan laboratorium ini adalah sebagai berikut.
1. Sekelompok siswa, mulai melakukan pekerjaan laboratorium, harus diinstruksikan tentang peraturan umum perilaku di laboratorium ini dan tentang peraturan keselamatan, tentang mana entri dibuat di jurnal yang sesuai dengan daftar setiap siswa.
2. Sebelum pelajaran berikutnya, setiap siswa menyerahkan ceramah tentang tugas yang sedang dikerjakan. Jika seorang siswa belum siap untuk bekerja atau belum menyelesaikan tugas penghitungan awal, maka ia dilarang bekerja.
3. Pada pelajaran berikutnya setelah menyelesaikan pekerjaan, siswa harus mempresentasikan laporan selesai pekerjaan yang dilakukan dan mempertahankan pekerjaan.
Siswa yang tidak mempertahankan dua pekerjaan pada saat pekerjaan berikutnya diselesaikan tidak diperbolehkan masuk kelas. Pendaftaran laporan kerja dilakukan oleh masing-masing siswa.
Semua pekerjaan laboratorium pada kursus yang dipelajari dirancang untuk kelas empat jam di kelas dan empat jam pekerjaan rumah.
1 INFORMASI TEORITIS SINGKAT
Sirkuit linier adalah rangkaian yang terdiri dari sekumpulan elemen linier, yaitu elemen yang nilai nominalnya tidak bergantung pada arus yang mengalir atau tegangan yang diberikan. Prinsip superposisi berlaku untuk semua sirkuit linier. Misalnya, untuk menjelaskan proses dalam rangkaian linier, Anda dapat menggunakan metode yang didasarkan pada penggunaan integral Duhamel, atau metode analisis harmonik. Dianggap RC-circuits digunakan di banyak sirkuit praktis sebagai konverter fungsional. Tergantung pada struktur dan rasio parameter elemen RC-circuits dapat digunakan untuk membedakan (high pass filter) atau mengintegrasikan sinyal input (low pass filter).
Untuk menganalisis proses transien pada rangkaian pulsa digunakan metode klasik, operator, frekuensi, serta metode integral Duhamel (metode superposisi).
Metode klasik... Saat menghitung transien dengan metode ini, sinyal input direpresentasikan sebagai fungsi Udi(t), dan rangkaian RC yang diselidiki dijelaskan oleh persamaan diferensial (DE), yang menetapkan hubungan antara tegangan keluaran dan masukan, parameter elemen rangkaian dan pengaruh eksternal. Saat menyusun DE, sejumlah hukum dan teorema digunakan yang menentukan hubungan antara tegangan dan arus. Yang utama adalah hukum Ohm, pergantian, hukum Kirchhoff dan teorema generator yang setara.
Dalam banyak kasus, saat menganalisis proses transien, rangkaian ekuivalen dari rangkaian yang diselidiki dijelaskan oleh DE orde pertama dengan sisi kanan konstan:
dimana τ - konstanta waktu yang mencirikan inersia sirkuit; x (t) - nilai yang diperlukan (arus, voltase); Z0 - gangguan eksternal.
Solusi umum untuk persamaan (1) berbentuk:
https://pandia.ru/text/78/069/images/image003_175.gif "width \u003d" 93 "height \u003d" 29 src \u003d "\u003e,
dimana SEBUAH- konstanta integrasi (ditemukan dari kondisi awal); r - akar dari persamaan karakteristik https://pandia.ru/text/78/069/images/image005_134.gif "width \u003d" 63 "height \u003d" 48 src \u003d "\u003e.
Jadi, solusi umum DE (1) akan ditulis dalam bentuk:
https://pandia.ru/text/78/069/images/image007_114.gif "width \u003d" 40 "height \u003d" 20 "\u003e dan, kami menemukan:
https://pandia.ru/text/78/069/images/image011_83.gif "width \u003d" 123 "height \u003d" 24 src \u003d "\u003e.
Oleh karena itu, solusi untuk DE (1) dapat ditulis dalam bentuk
https://pandia.ru/text/78/069/images/image013_87.gif "width \u003d" 181 "height \u003d" 60 src \u003d "\u003e. (3)
Untuk sirkuit RC tertentu, penguatan operator ditentukan K (p), lalu cari gambar tegangan keluaran dan fungsinya Udi luar(R) tentukan aslinya Udi luar(t) menggunakan transformasi Laplace terbalik:
https://pandia.ru/text/78/069/images/image008_110.gif "alt \u003d" * "width \u003d" 12 "height \u003d" 23 src \u003d "\u003e ditentukan oleh rumus:
https://pandia.ru/text/78/069/images/image017_73.gif "width \u003d" 248 "height \u003d" 56 src \u003d "\u003e.
Jika penyebut gambar Udi luar(R)bersama dengan akar sederhana r1, r2 …, rn root rn + 1 dari multiplisitas a, yaitu gambar Udi luar(r) ditulis sebagai pecahan:
https://pandia.ru/text/78/069/images/image008_110.gif "alt \u003d" * "width \u003d" 12 "height \u003d" 23 "\u003e akan ada fungsi:
https://pandia.ru/text/78/069/images/image008_110.gif "alt \u003d" * "width \u003d" 12 height \u003d 23 "height \u003d" 23 "\u003e Metode frekuensi... Saat menggunakan metode ini, sinyal input Udi(t) berdasarkan transformasi Fourier langsung direpresentasikan sebagai spektrum frekuensi Udi(jw). Kemudian koefisien transmisi kompleks ditemukan UNTUK(jw) https://pandia.ru/text/78/069/images/image020_61.gif "width \u003d" 244 "height \u003d" 60 src \u003d "\u003e.
https://pandia.ru/text/78/069/images/image008_110.gif "alt \u003d" * "width \u003d" 12 "height \u003d" 23 src \u003d "\u003e bentuk kompleks. Tegangan keluaran ditemukan dari ekspresi:
https://pandia.ru/text/78/069/images/image022_36.jpg "width \u003d" 507 "height \u003d" 353 src \u003d "\u003e
Gambar 1 - Melewati step tegangan RC-rantai.
Sinyal input dapat direkam sebagai
0 pada t < 0
Udi(t)= Um di t > 0.
Saat menggunakan metode klasik, perlu untuk membuat DE RC-rantai. Menurut hukum Kirchhoff kedua, Anda dapat menulis:
Udi luar(t) = Uc ( t) + Udi(t). (4)
Ketika sinyal input diumpankan melalui tangki DARI arus mengalir saya(t) dan voltase melintasi tangki https://pandia.ru/text/78/069/images/image025_52.gif "width \u003d" 237 "height \u003d" 60 src \u003d "\u003e.
Mengingat bahwa Ri(t) = Udi luar(t), dan menurunkan sisi kanan dan kiri persamaan ini, kita mendapatkan:
https://pandia.ru/text/78/069/images/image027_46.gif "width \u003d" 212 "height \u003d" 43 src \u003d "\u003e.
Mengganti nilai ke dalam persamaan yang dihasilkan Udi(t), untuk tegangan keluaran kita dapatkan:
https://pandia.ru/text/78/069/images/image029_48.gif "width \u003d" 289 height \u003d 49 "height \u003d" 49 "\u003e.
Untuk menemukan ekspresinya Udi luar(t) dalam hal ini, Anda dapat menggunakan persamaan (3) yang akan ditulis dalam bentuk:
https://pandia.ru/text/78/069/images/image031_40.gif "width \u003d" 67 "height \u003d" 25 src \u003d "\u003e - tegangan keluaran pada t \u003d ∞ (setelah proses transien berakhir, yaitu pada \u003d 0); Udi luar(0) - tegangan keluaran pada t \u003d 0, (pada saat peralihan, kapan Ukeluar (0) \u003d Um).
Oleh karena itu, tegangan keluaran ditentukan sebagai:
https://pandia.ru/text/78/069/images/image033_39.gif "width \u003d" 104 "height \u003d" 52 "\u003e. Koefisien transmisi operator UNTUK(r) untuk rangkaian RC tertentu didefinisikan sebagai berikut:
https://pandia.ru/text/78/069/images/image028_48.gif "width \u003d" 129 "height \u003d" 47 "\u003e.
MelewatiRC - rantai pulsa persegi panjang... Gambar 2a menunjukkan RC-rantai, ke input yang pulsa persegi panjang dengan amplitudo Um dan durasi. Sinyal input dapat direpresentasikan sebagai dua penurunan tegangan terpolarisasi berlawanan dengan nilai Um bergeser relatif satu sama lain untuk sementara waktu tdan(Gambar 2b).
Pada 0< t < tdan
Udi(p) \u003dhttps://pandia.ru/text/78/069/images/image039_37.gif "width \u003d" 18 "height \u003d" 151 src \u003d "\u003e. gif" width \u003d "151" height \u003d "72 src \u003d"\u003e tdan > 0,
dan kemudian, menggunakan transformasi Laplace terbalik, kita menemukan fungsi waktu Udi luar(t):
Pada 0< t < tdan
Udi luar(t)= di tdan > 0.
Bentuk pulsa keluaran tergantung pada rasionya tdan dan τ ... Gambar 3a menunjukkan bentuk gelombang keluaran pada τ << tdan , dan Gambar 3b menunjukkan sinyal keluaran pada τ >> tdan... Angka tersebut menunjukkan bahwa jika RC- sirkuit harus mengirimkan pulsa persegi panjang tanpa distorsi, maka Anda harus memilih rasio τ >> tdan... Untuk memperkirakan distorsi puncak denyut, penurunan relatif denyut nadi Δ digunakan:
https://pandia.ru/text/78/069/images/image046_20.jpg "width \u003d" 597 "height \u003d" 285 src \u003d "\u003e
Gambar 3 - Bentuk sinyal keluaran untuk berbagai t.
Demikian pula, Anda dapat menentukan bentuk sinyal keluaran untuk RC- sirkuit yang ditunjukkan pada Gambar 4a (mengintegrasikan RC-rantai). Gambar 4b menunjukkan bahwa untuk transmisi pulsa dengan distorsi depan yang minimal, perlu dilakukan pemilihan τ << tdan.
https://pandia.ru/text/78/069/images/image048_18.jpg "width \u003d" 376 "height \u003d" 261 "\u003e
Gambar 5 - Untuk menentukan durasi depan pulsa.
MelewatiRC - sirkuit tegangan ramp... Gambar 6 menunjukkan RC- sirkuit ke input yang disuplai tegangan yang meningkat secara linier Udi(t) =ktdimana k= tgα - koefisien proporsionalitas.
https://pandia.ru/text/78/069/images/image050_24.gif "width \u003d" 221 "height \u003d" 25 src \u003d "\u003e. gif" width \u003d "31 height \u003d 43" height \u003d "43"\u003e dapat direpresentasikan sebagai rangkaian:
https://pandia.ru/text/78/069/images/image054_22.gif "width \u003d" 323 "height \u003d" 55 src \u003d "\u003e.
Oleh karena itu dapat dilihat bahwa untuk nilai-nilai kecil t (t<<τ ) tegangan keluaran secara praktis bertepatan dengan tegangan masukan, mis. . Udi luar(t) ≈ kt.
Distorsi bentuk gelombang keluaran:
https://pandia.ru/text/78/069/images/image056_21.gif "width \u003d" 141 "height \u003d" 48 src \u003d "\u003e adalah frekuensi cutoff yang lebih rendah, ditentukan ketika respons frekuensi bergulung sama dengan 3 dB. Misalnya, untuk mengirimkan tegangan sapuan dengan durasi 2 ms dan penyimpangan dari linieritas tidak lebih dari 0,1% dari persamaan terakhir kami menemukan bahwa itu perlu fn < 0,16 Гц или RC = τ \u003e 1s.
Kapan t >> τ tegangan keluaran cenderung ke nilai konstan kτ... Tegangan tangki DARI dapat ditemukan seperti ini:
https://pandia.ru/text/78/069/images/image058_11.jpg "width \u003d" 369 "height \u003d" 314 "\u003e
Gambar 7 - Representasi tegangan trapesium dalam bentuk empat sinyal ramp-up.
Pembagi resistor multi-input. Contoh rangkaian pembagi multi-input ditunjukkan pada Gambar 8.
https://pandia.ru/text/78/069/images/image060_22.gif "width \u003d" 269 "height \u003d" 64 src \u003d "\u003e,
Dalam kasus tertentu, saat https://pandia.ru/text/78/069/images/image064_18.gif "width \u003d" 253 "height \u003d" 60 src \u003d "\u003e,
https://pandia.ru/text/78/069/images/image067_19.gif "width \u003d" 21 "height \u003d" 25 src \u003d "\u003e, tetapi juga pada jumlah tegangan, rasio tahanan kopling dan tahanan beban.
Gambar 9 - Pembagi resistor dimuat dengan kapasitansi C.
Ketika pulsa ditransmisikan melalui pembagi seperti itu, bagian depannya ditarik, karena proses pengisian dan pengosongan kapasitor DARI, dan penurunan amplitudo karena adanya pembagi (https://pandia.ru/text/78/069/images/image072_18.gif "width \u003d" 165 "height \u003d" 29 src \u003d "\u003e
dan amplitudo:
DIV_ADBLOCK157 "\u003e
https://pandia.ru/text/78/069/images/image075_17.gif "width \u003d" 128 "height \u003d" 49 src \u003d "\u003e.
Pembagi resistor-kapasitif.Dalam beberapa kasus, untuk transmisi penurunan tegangan input, output resistor https://pandia.ru/text/78/069/images/image077_4.jpg "width \u003d" 511 "height \u003d" 377 src \u003d "\u003e
Gambar 9 - Bagian pulsa persegi panjang melalui pembagi resistor-kapasitif.
Biarkan tegangan persegi panjang berdenyut dengan amplitudo E, dan kami akan berasumsi bahwa sumber pulsa masukan ideal, tanpa hambatan internal, dan, oleh karena itu, mampu mengembangkan daya tinggi tak terhingga.
Pada saat peralihan ( t \u003d 0) ada lompatan arus yang sangat besar melalui kapasitansi https://pandia.ru/text/78/069/images/image079_17.gif "width \u003d" 24 "height \u003d" 23 "\u003e, dan sebagai hasilnya, final sesaat lonjakan tegangan dan https://pandia.ru/text/78/069/images/image082_18.gif "width \u003d" 273 "height \u003d" 55 src \u003d "\u003e,
di mana dan apakah muatan pada kapasitor dan saat ini t... Kapan t \u003d 0 \u003d, sejak untuk t \u003d 0 arus hanya melewati kapasitansi https://pandia.ru/text/78/069/images/image079_17.gif "width \u003d" 24 "height \u003d" 23 src \u003d "\u003e lalu:
https://pandia.ru/text/78/069/images/image088_12.gif "width \u003d" 336 "height \u003d" 60 src \u003d "\u003e,
https://pandia.ru/text/78/069/images/image091_11.gif "width \u003d" 205 "height \u003d" 55 src \u003d "\u003e. dan hingga inisial (di t \u003e 0) level tegangan.
Di beberapa perangkat (misalnya, dalam multivibrator) di pembagi resistor-kapasitif, resistor https://pandia.ru/text/78/069/images/image111_9.gif "width \u003d" 64 "height \u003d" 23 src \u003d "\u003e.
Dalam praktiknya, pembagi resistor-kapasitif dengan beberapa input juga digunakan.
2 ORDER KERJA
Objektif: Studi tentang pengaruh parameter RC- sirkuit untuk mendistorsi bentuk pulsa yang ditransmisikan.
1. Atas instruksi guru, untuk salah satu skema yang ditunjukkan pada Gambar 10 dan nilai-nilai yang dipilih dari parameter elemen, hitung peluruhan relatif dari atas dan durasi depan sinyal keluaran ketika pulsa persegi panjang unipolar diterapkan ke input.
2. Untuk yang terpilih RC- sirkuit dan parameter elemennya menghitung distorsi sinyal output ketika tegangan yang meningkat secara linier diterapkan ke input (pulsa gigi gergaji).
3. Untuk sirkuit yang dipilih buat model di Multisim. Secara eksperimental, dengan menggunakan osiloskop virtual, tentukan nilai parameter pulsa keluaran yang diberikan dalam paragraf 1 dan 2, dan bandingkan dengan nilai yang dihitung. Simpan bentuk gelombang pulsa input dan output dalam bentuk file grafik untuk laporan generasi berikutnya.
4. Dalam model yang dibuat pada langkah 3, ganti sumber sinyal input dengan sumber sinyal berbentuk kompleks. Varian sinyal kompleks ditunjukkan pada Gambar 11. Bentuk gelombang diatur oleh guru. Hasil simulasi harus disajikan dalam laporan dalam bentuk osilogram sinyal input dan output.
https://pandia.ru/text/78/069/images/image113_3.jpg "width \u003d" 604 "height \u003d" 527 src \u003d "\u003e
Gambar 11 - Sinyal input dari berbagai bentuk.
3 PERTANYAAN KONTROL
1. Merumuskan prinsip-prinsip dasar dari metode klasik analisis proses transien dalam rangkaian impuls.
2. Merumuskan prinsip dasar metode operator untuk menganalisis proses transien dalam rangkaian impuls.
3. Merumuskan prinsip-prinsip dasar metode frekuensi analisis proses transien dalam rangkaian impuls.
4. Sirkuit apa yang disebut linier?
5. Apa prinsip superposisi saat menganalisis sinyal kompleks?
DAFTAR BIBLIOGRAPHIC
1. Teori ulakhovich rangkaian listrik linier /. - SPb. : BHV-Petersburg, 2009. - 816 hal.
2. Sirkuit listrik linier Beletsky. Edisi 2 / - M .: Lan, 2011. - 544 hal.
3. Kolontaevsky: Buku Teks. manual untuk SPTU /. - M .: Lebih tinggi. shk., 1988.-304 hal.
4 Teknik radio: buku teks untuk siswa fisika dan matematika. fac. ped. in-tov / ,. - M .: Pendidikan, 1986. -319 hal.
5. Perangkat Goldenberg /. M .: Radio dan komunikasi, 1981. - 221 hal.
6. Rantai dan sinyal Gonorovsky: Buku teks untuk universitas. Edisi ke-4, Perab. dan tambahkan. /. M .: Radio dan komunikasi, 1988.-512 hal.
kata pengantar ……………………………………………………. | ||
Informasi teoritis singkat ………………………………… | ||
Tugas kerja …………………………………………………… | ||
Pertanyaan kontrol …………………………………………… | ||
Daftar Pustaka ……………………………………… |
SIGNAL PASSAGE
BENTUK YANG BERBEDA
MELALUI LINEARRC -RANTAI
Bengkel laboratorium
pada kursus "Sirkuit elektronik dan sirkuit mikro"
Edisi pendidikan
|
S. S. KAPITONOV ,.
Dicetak sesuai dengan yang tersedia
tata letak asli
Disumbangkan ke set __. 11.2012. Ditandatangani untuk dicetak pada __. 12.2012.
Headset kali. Cetak offset. Format 60x84 1/16.
Uch.-ed. l. 0,00 Konv. mencetak l. ___. Sirkulasi 100 eksemplar.
Universitas Negeri Mordovia Malam
Dicetak di percetakan Kovylkino Kementerian Pers dan Informasi Republik Mordovia
Sirkuit listrik adalah bagian integral dari elemen elektronik otomasi, melakukan sejumlah besar fungsi spesifik yang berbeda. Perbedaan utama antara rangkaian listrik dan rangkaian elektronik adalah bahwa rangkaian tersebut merupakan kumpulan elemen linier pasif, yaitu, yang karakteristik tegangan arus mematuhi hukum Ohm, dan tidak memperkuat sinyal input. Oleh karena itu, rangkaian kelistrikan perangkat elektronik sering disebut perangkat linier untuk mengubah dan menghasilkan sinyal listrik.
Perangkat linier fungsional untuk menghasilkan dan mengubah sinyal listrik dapat dibagi menjadi beberapa kelompok utama berikut:
Sirkuit integrasi, digunakan untuk mengintegrasikan sinyal, dan terkadang untuk memperluas (meningkatkan durasi) pulsa;
Membedakan (memperpendek) sirkuit yang digunakan untuk membedakan sinyal, serta untuk memperpendek pulsa (menerima pulsa dengan durasi tertentu);
Pembagi resistor dan resistor kapasitif yang digunakan untuk mengubah amplitudo sinyal listrik;
Transformator pulsa digunakan untuk mengubah polaritas dan amplitudo pulsa, untuk isolasi galvanik sirkuit pulsa, untuk membentuk umpan balik positif dalam generator dan pembentuk pulsa, untuk mencocokkan sirkuit dengan beban, untuk menerima pulsa dari beberapa gulungan keluaran;
Filter listrik dirancang untuk mengekstrak dari sinyal listrik kompleks komponen frekuensi yang terletak di wilayah tertentu, dan untuk menekan komponen frekuensi yang terletak di semua wilayah frekuensi lainnya.
Bergantung pada elemen di mana perangkat linier dieksekusi, mereka dapat dibagi menjadi sirkuit RC-, RL- dan RLC. Perangkat linier dapat mencakup resistor linier R, kapasitor linier C, induktor linier L, dan transformator pulsa tanpa saturasi inti. Kata "linier" menekankan bahwa yang kami maksud hanyalah jenis elemen yang memiliki karakteristik tegangan arus dari jenis linier, atau, dengan kata lain, nilai nominal parameter (resistansi, kapasitansi, dll.) Yang konstan dan tidak bergantung pada aliran tegangan arus atau terapan. Misalnya, kapasitor konvensional dengan spacer dielektrik mika pada rentang tegangan lebar dianggap linier, dan nilai kapasitansi pn-junction tergantung pada tegangan yang diberikan, dan tidak dapat dikaitkan dengan elemen linier. Selain itu, selalu ada batasan pada amplitudo atau kekuatan sinyal, di mana elemen mempertahankan sifat liniernya. Misalnya, tegangan yang diizinkan melintasi kapasitor tidak boleh melebihi nilai kerusakan. Elemen lain memiliki batasan yang serupa, dan mereka harus diperhitungkan saat menugaskan elemen ke kelas tertentu.
Properti paling penting dari perangkat linier adalah kemampuannya untuk mengakumulasi dan melepaskan energi dalam elemen kapasitif dan induktif dan dengan demikian mengubah sinyal input menjadi perubahan temporal dalam interval output. Properti ini mendasari pengoperasian generator, perangkat untuk menekan kebisingan impuls dan "balapan" di sirkuit digital yang muncul dalam proses melewatkan sinyal listrik melalui sirkuit dengan penundaan waktu yang berbeda.
Perlu dicatat kesulitan tertentu dalam penggunaan rangkaian listrik linier dalam teknologi integral. Ini disebabkan oleh adanya sejumlah kesulitan teknologi dalam pembuatan resistor dan kapasitor, belum lagi kumparan induktansi, dalam desain integral.
Pembagi tegangan independen frekuensi dirancang untuk mengurangi tegangan sumber sinyal ke nilai yang diperlukan. DN digunakan untuk mencocokkan tahap masukan dengan sumber sinyal tegangan, untuk mengatur titik operasi transistor dalam penguat, untuk membentuk tegangan referensi (lebih sering disebut sebagai "referensi"). Diagram pembagi tegangan paling sederhana ditunjukkan pada gambar di atas.
Saat menganalisis sirkuit elektronik nyata, untuk menghindari kesalahan besar, selalu perlu untuk mempertimbangkan karakteristik listrik dari sumber sinyal dan beban. Yang terpenting di antaranya adalah:
Besarnya dan polaritas EMF dari sumber sinyal;
Hambatan internal dari sumber sinyal (Rg);
Respon frekuensi dan respon frekuensi fase dari sumber sinyal;
Resistensi beban (Rн);
Gambar berikut menunjukkan jenis pembagi tegangan.
Gambar (a) menunjukkan pembagi tegangan resistor variabel. Digunakan untuk mengatur sensitivitas EI. Di tempat yang sama, gambar b menunjukkan pembatas dengan beberapa tegangan keluaran. DN semacam itu digunakan, misalnya, dalam penguat cascode. Dalam beberapa kasus, ketika resistansi Rн kecil, ini digunakan sebagai lengan bawah pembatas. Misalnya, saat membangun penguat dengan OE, posisi titik operasi diatur oleh pembagi yang dibentuk oleh Rb dan resistansi sambungan basis transistor rbe.
Tempat penting dalam elektronik ditempati oleh pembagi tegangan, di mana bahu atas atau bawah dibentuk oleh resistensi variabel. Jika pembagi ditenagai dengan tegangan stabil yang konstan, dan, katakanlah, letakkan resistansi di lengan bawah, yang nilainya melengkung dari suhu, tekanan, kelembaban, dan parameter fisik lainnya, maka dari output pembagi tegangan, Anda dapat melepaskan tegangan yang sebanding dengan suhu, tekanan, kelembaban, dll. ... Tempat khusus ditempati oleh pembagi, di mana salah satu resistansi bergantung pada frekuensi tegangan suplai. Mereka membentuk sekelompok besar berbagai filter untuk sinyal listrik.
Perbaikan lebih lanjut dari pembagi tegangan menyebabkan munculnya jembatan pengukur, yang terdiri dari dua pembagi. Dalam skema ini, Anda dapat mengambil sinyal antara titik tengah dan kabel biasa, dan di antara dua titik tengah. Dalam kasus kedua, ayunan sinyal keluaran berlipat ganda dengan perubahan yang sama pada resistansi variabel. Penguat sinyal listrik juga merupakan pembagi tegangan, di mana peran resistansi variabel dimainkan oleh transistor yang dikendalikan oleh tegangan input.
Yang paling sederhana mengintegrasikan rantai adalah pembagi tegangan, di mana kapasitor C bertindak sebagai lengan bawah pembatas
Membedakan sirkuit linier
Yang paling sederhana rantai pembeda adalah pembagi tegangan, di mana kapasitor C bertindak sebagai lengan atas pembatas
Tautan pengintegrasi dan pembeda, ketika dihadapkan pada sinyal acak kontinu, berperilaku sebagai, masing-masing, filter lolos rendah dan tinggi, elemen R1 dan C2 membentuk filter lolos-rendah, dan C1 dan R2 membentuk filter jalur-tinggi
Pertimbangkan sistem inersia linier dengan fungsi transfer atau respons impuls yang diketahui. Biarkan proses acak stasioner dengan karakteristik tertentu: kepadatan probabilitas, fungsi korelasi, atau spektrum energi memasuki input dari sistem semacam itu. Mari kita tentukan karakteristik proses pada keluaran sistem: dan
Cara termudah adalah menemukan spektrum energi dari proses pada keluaran sistem. Memang, implementasi individu dari proses pada input adalah fungsi deterministik, dan aparatus Fourier dapat diterapkan padanya. Membiarkan
realisasi terpotong dari durasi T dari proses acak pada input, dan
Kepadatan spektralnya. Kepadatan spektral realisasi pada keluaran sistem linier akan sama dengan
Spektrum energi dari proses keluaran menurut (1.3) akan ditentukan oleh ekspresi tersebut
itu. akan sama dengan spektrum energi dari proses pada masukan, dikalikan dengan kuadrat dari respon frekuensi sistem, dan tidak akan bergantung pada respon fase.
Fungsi korelasi proses pada keluaran sistem linier dapat didefinisikan sebagai transformasi Fourier spektrum energi:
Akibatnya, di bawah pengaruh proses stasioner acak pada sistem Linear, proses acak stasioner dengan spektrum energi dan fungsi korelasi yang ditentukan oleh ekspresi (2.3) dan (2.4) juga diperoleh pada keluaran. Daya proses pada keluaran sistem akan sama dengan
Sebagai contoh pertama, pertimbangkan bagian dari derau putih dengan kerapatan spektral melalui filter low-pass yang ideal untuknya
Menurut (2.3), spektrum energi keluaran dari proses akan memiliki kerapatan spektral yang seragam di pita frekuensi, dan fungsi korelasinya akan ditentukan oleh ekspresi
Kekuatan proses acak pada keluaran filter low-pass yang ideal adalah
Sebagai contoh kedua, perhatikan perjalanan derau putih melalui filter band-pass yang ideal, yang respons frekuensinya untuk frekuensi positif (Gbr. 1.6) ditentukan oleh ekspresi:
Kami mendefinisikan fungsi korelasi menggunakan Transformasi kosinus Fourier:
Grafik fungsi korelasi ditunjukkan pada Gambar. 1.7
Contoh-contoh yang dipertimbangkan adalah indikatif dari sudut pandang bahwa mereka mengkonfirmasi hubungan yang dibuat dalam § 3.3 antara fungsi korelasi dari proses frekuensi rendah dan frekuensi tinggi pita sempit dengan bentuk spektrum energi yang sama. Kekuatan proses pada keluaran filter bandpass yang ideal adalah
Hukum distribusi probabilitas proses acak pada keluaran sistem inersia linier berbeda dengan hukum distribusi pada masukan, dan penentuannya adalah tugas yang sangat sulit, dengan pengecualian dua kasus khusus, yang akan kita fokuskan di sini.
Jika proses acak mempengaruhi sistem linier pita sempit, yang bandwidth-nya jauh lebih kecil dari lebar spektrumnya, maka pada output sistem fenomena tersebut terjadi normalisasi hukum distribusi. Fenomena ini terdiri dari fakta bahwa hukum distribusi pada keluaran sistem pita sempit cenderung normal, terlepas dari distribusi proses acak pita lebar pada masukan. Secara fisik hal tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut.
Proses pada keluaran sistem inersia pada saat tertentu merupakan superposisi dari tanggapan individu sistem terhadap pengaruh kacau proses masukan pada momen waktu yang berbeda. Semakin sempit bandwidth sistem dan semakin luas spektrum proses masukan maka semakin elementer respon proses keluaran yang terbentuk. Menurut teorema limit sentral teori probabilitas, hukum distribusi dari suatu proses yang merupakan penjumlahan dari sejumlah besar respon elementer akan cenderung normal.
Kasus istimewa kedua, tetapi sangat penting mengikuti dari alasan di atas. Jika proses pada input ke sistem linier berdistribusi normal (Gaussian), maka pada output sistem tetap normal. Dalam hal ini, hanya fungsi korelasi dan spektrum energi dari proses yang berubah.
Dalam elektronik, Anda harus berurusan dengan sinyal yang berbeda dan sirkuit yang berbeda, ketika sinyal melewati sirkuit seperti itu, proses transien terjadi, akibatnya bentuk sinyal yang ditransmisikan dapat berubah. Sebagian besar perangkat berisi kombinasi elemen linier dan non-linier, yang memperumit analisis aliran sinyal yang ketat. Namun, ada banyak masalah yang dapat diselesaikan dengan sukses dengan metode linier, bahkan jika ada elemen nonlinier dalam rangkaian. Hal ini berlaku untuk perangkat yang amplitudonya sinyalnya sangat kecil sehingga karakteristik nonlinier dari elemen nonlinier dapat diabaikan, sehingga dapat juga dianggap linier.
Sebagian besar metode untuk menganalisis lewatnya sinyal melalui rangkaian linier didasarkan pada prinsip fundamental - prinsip superposisi, di mana respons rangkaian terhadap aksi kompleks dapat didefinisikan sebagai jumlah respons terhadap sinyal yang lebih sederhana di mana aksi kompleks dapat diuraikan. Reaksi rangkaian linier menjadi aksi sederhana (uji) yang dikenal disebut sistemik (yaitu, hanya bergantung pada rangkaian) penularan karakteristik sirkuit. Karakteristik transfer itu sendiri dapat ditentukan:
sebuah) klasik sebuah metode di mana rangkaian dijelaskan oleh sistem persamaan diferensial linier, di sisi kanannya ditulis aksi uji; metode ini paling sering menentukan reaksi terhadap fungsi langkah tunggal atau fungsi delta, yang disebut karakteristik transien dan impuls rangkaian, yang merupakan karakteristik transfer rangkaian untuk metode superposisi (atau metode integral Duhamel); dengan metode klasik, dengan sirkuit dan pengaruh yang cukup sederhana, masalah analisis dapat segera diselesaikan, yaitu menemukan respons rangkaian ke sinyal input;
b) kompleks metode, jika getaran harmonik digunakan sebagai sinyal uji; dalam hal ini, karakteristik transfer rantai ditentukan sebagai frekuensi karakteristik, yang menjadi dasar dari metode analisis frekuensi;
di) operator dengan metode di mana aparatus transformasi Laplace digunakan, sebagai akibatnya ruang kendali karakteristik transfer rantai, karena metode operator menggunakan sinyal bentuk e ptdimana p\u003d s + jw, kemudian saat mengganti karakteristik transfer operator p di jwkarakteristik transfer frekuensi diperoleh, sebagai tambahan, seperti yang akan ditunjukkan di bawah ini, asli dari karakteristik transfer operator adalah respons impuls dari rangkaian.
Oleh karena itu, dimungkinkan untuk mengklasifikasikan metode untuk menganalisis bagian sinyal kompleks ke dalam
sebuah) frekuensidigunakan terutama untuk analisis proses yang telah ditetapkan;
b) sementarayang menggunakan respons transien atau impuls rangkaian, digunakan dalam kasus sinyal yang berubah dengan cepat (impuls), ketika transien dalam rangkaian penting.
Saat menganalisis bagian sinyal melalui sirkuit selektif pita sempit, metode yang sama dapat digunakan bukan untuk nilai sinyal sesaat, tetapi untuk amplop yang bervariasi secara perlahan.
