УДК 620.179

Затока Світлана Анатоліївна

Національний технічний університет

 імені І. Сікорського (КПІ), м.Київ, Україна

 

 Анотація

 Як відомо, фазо-частотна характеристика (ФЧХ)лінійного кола це залежність зсуву фаз між гармонійними коливаннями на вході і виході кола від частоти цього гармонійного коливання на вхожі. Використовують ФЧХ  для оцінки фазових спотворень форми складного сигналу [1]..  При підготовці спеціалістів з спеціальності «Метрологія і 

 Інформаційно-вимірювальні технології», кожен студент повинен знати що таке ФЧХ і для чого він використовується. Для дослідження ФЧХ  розроблено моделі елементів лінійного кола – магазини індуктивності, ємкості і активного опору, а також калібратор фазового зсуву і цифровий фазометр.. В результати проведення вимірювального експерименту студент будує графік ФЧХ.

 Ключові слова: ємкість, індуктивність, опір, коло, фазо-частотна хароактеристика, графік

 

Зміст наукової роботи

1. Загальні положення.    

 Фазо-частотна характеристика описується наступною чином:  ,

 де:  φ -  зсув фаз між гармонійними коливаннями на вході і виході лінійного кола; f₀  - резонансна частота кола; f  - частота вхідного гармонічного сигналу; Q – добротність кола.

 Резонансна частота дорівнює:   де:  L , С -  індуктивність та  ємкість кола.

 Добротність дорівнює:  -  .  Змінюючи частоту вхідного сигналу в певному діапазоні , вимірюють зсув фаз між вхідними і відповідними вихідними сигналами і будують графік ФЧХ.

 2. Опис імітаційної моделі

Лабораторний стенд є віртуальна модель.

 Стенд має дві вкладки: 1 - Варианты и порядок выполнения; 2 – визначення фазо-частотної характеристики лінійного кола.

 При відкритті вкладки «Варіанти та порядок виконання» з’явиться три вікна, рис.1 вибір варіанту, опис порядку виконання експерименту та вихідні значення магазинів індуктивності. ємкості та опору. в залежності від номера варіанту. 

Рисунок 1.Вкладка «Варіанти та порядок виконання»

 При відкритті вкладки «Визначення фазо-частотної характеристики лінійного кола» з’явиться Робочий стіл, Рис.2.

Рисунок 2.Вид робочого столу

На рисунку позначені; 1 - калібратор фазового зсуву; 2 – магазин індуктивності; 3 – магазин ємкості; 4 – цифровий фазометр; 5 – магазин опору; 6 – схема вимірювання.      

 Калібратор фазових зсувів формує в кожному каналі напругу синусоїдальної форми з регульованою частотою, рівнем і фазовим зсувом. Похибка встановлення частот не перевищує 1˕ 10 -6 Гц.

 Магазин індуктивності відтворює індуктивність в діапазоні 0,0001…9,9999Гн, на частотах 20-5000 Гц. Основна відносна похибка  не перевищує  ± 0.2.

 Магазин ємкості  з максимальним значенням 1,111 мФ. На частотах  0...2 кГц. Основна відносна похибка не перевищує ± 0.2 %. 

 Магазин опору  з діапазоном 0…10000Ом, дискретністю 1 Ом і допустимим значення відносною похибки 0,05 %.

 Цифровий фазометр має наступні характеристики: діапазон значень вхідної напруги  0…5 В на частотах 0…2 кГц; діапазон вимірювальних значень фазового зсуву  0…360º  з роздільною здатністю 0,1 º. Границі допустимої похибки не перевищують  0,5 º в діапазоні частот 10-3...103 Гц;

 3. Порядок проведення експерименту

  3.1 Отримати вихідні дані згідно з вибраним варіантом.

  3.2 Встановити на магазинах задані значення С, L, R; на калібраторі задане значення напруги.

  3.3 Розрахувати резонансні частоти і добротність для трьох  варіантів вхідних даних.

  3.4 Розрахувати значення частот для експериментального значення ФЧХ кола, враховуючи, що опір провідників – 30 Ом..

  3.5   Встановлюючи по черзі значення частот  на калібпаторі,  виміряти відповідні значення зсуву фаз. Частоту змінювати до ± 35 % від резонансної частоти.

  3.6 Побудувати графік ФЧХ.

  3.7 Розрахувати відносні похибки визначення f 0 , Q.

 Приклад. Побудова ФЧХ для кола з наступними вихідними даними: 

 C = 0,8 мкФ;  L  = 400 мГн;  R = 200 Ом;  Uкал  = 1 В.

 Результати розрахунку:  f ₀ =  281,3;  Q  = 3,074. 

 В табл.1 наведено результати експерименту

Таблиця 1

Результати розрахунку частот и експерименту

 На рис.3 наведено графік ФЧХ

Рисунок 3. Графік ФЧХ

 Відносна похибка резонансної частоти становить ± 0,35 %, добротності кола – ± 0,5%, 

 Висновок

 Використання комп’ютерних технологій в учбовому процесі дозволяє::

• ознайомитись студентам з принципом оцінки і побудови ФЧХ;
• набути практичних навичок роботи з  засобами вимірювання;
• виконувати роботу самостійно;
• при необхідності, виконати роботу дистанцій

 

Література.

1.И.С.Гоноровский   Радиотехнические цепи и сигналы,  Москва, «Радио и связь», -1986, 512 с.