Дифференцирующая RC цепь – для новичков в радиоделе

July 14, 2014 by admin Комментировать »

Теперь, как и  в  случае  с диодом  поменяем  местами конденсатор и резистор  Такая  RC  цепь называется дифференцирующей

Рис 184 Схема опыта с дифференцирующей RC цепью Настройки я сохранил те же, что и в первом опыте

Рис 185 Опыт с дифференцирующей RC цепью

Чем интересны эти два опыта

Обратите внимание на маркеры на осциллограммах На первой маркер установлен тогда, когда импульс переходит из состояния нулевого напряжения в состояние максимального напряжения Напряжение на конденсаторе устанавливается не сразу, а спустя некоторое время Тогда как ток (второй опыт) устанавливается сразу максимальным, и за то же время спадает до нуля  Это пример того, что ток через конденсатор опережает напряжение по фазе (по состоянию) Напомню, что в первом опыте мы наблюдали напряжение на конденсаторе, а во втором напряжение на резисторе, сформированное током через конденсатор

Интегрирующая RC цепь оказалась полезна для уменьшения пульсаций на выходе выпрямителя блока питания А где находит применение дифференцирующая RC цепь Например, там, где нам нужен короткий импульс, как в случае записи данных в D-триггер

Когда мы говорили об амплитудно-частотной характеристике каскада усиления, я утверждал, что она похожа на характеристику интегрирующей RC цепи Я утверждал, но, давайте проверим

Мой прибор имеет такую функцию, как работа в режиме плоттера Боде (прибора, снимающего амплитудно-частотную характеристику) Воспользуемся этой возможностью

Рис 186 Амплитудно-частотная характеристика интегрирующей RC цепи

Чтобы получить АЧХ, подключаем генератор к входу цепи, а канал 1 осциллографа к выходу Проверяем на экране осциллографа, что с сигналом всё в порядке (или, настраиваем генератор, чтобы всё было в порядке) Нажимаем кнопку Circuit Analyzer на приборе (мышкой, мышкой) Устанавливаем параметры: диапазон частот (Frequency Range), вертикальную шкалу (Vertical Scale), начальную частоту (Frequency Start), диапазон напряжения (V Range) Осталось нажать кнопку Start Если прибор закончил работу, а АЧХ не появляется, следует поправить диапазон напряжения или выходное напряжение генератора

Как видно на полученной диаграмме, спад АЧХ за верхней граничной частотой – 20 дБ/декада Когда мы будем проводить эксперимент с каскадом усиления, мы снимем его амплитудно- частотную характеристику и сравним с полученной в этом опыте

Интегрирующая RC цепь – это и фильтр низких частот Если воспользоваться маркерами, то можно найти верхнюю граничную частоту или частоту среза

Рис 187 Определение частоты среза

Наличие второго канала у осциллографа позволяет получить и фазочастотную характеристику электрической цепи Настройки такие же, как и при снятии амплитудно-частотной характеристики, второй канал осциллографа подключается к входу RC цепи, а в основном меню в пункте View выбирается добавление фазочастотной характеристики

Рис 188 Фазочастотная характеристика RC цепи

На частоте среза, на рисунке выше это отмечено, фаза меняется на 45 градусов

Наблюдая за тем, как прибор снимает частотные характеристики, можно сказать, что так же характеристики были бы получены, если бы их снимали вручную: начиная с заданной частоты, прибор последовательно, с заданным шагом, меняет частоту и проводит измерение выходного сигнала Результаты этих измерений отображаются в окне отсчётов (в правом нижнем углу) Напряжение выводится в эффективных значениях, а результаты в децибелах получаются расчётным путём

Такой последовательный отсчёт выходных значений можно организовать с помощью микроконтроллера Когда мы вернёмся к этой теме, возможно, рассмотрим, как это сделать

Сдвиг фаз между входным и выходным сигналом при наличии двух каналов можно наблюдать и на экране осциллографа

Рис 189 Сдвиг фаз между входным и выходным напряжением RC цепи

Напомню, что канал 1 (выход) рисуется синим цветом, а канал 2 (вход) красным Об этом напоминают цифры рядом с меткой триггера

Аналогично тому, как мы получили амплитудно-частотную характеристику интегрирующей RC цепи, мы можем получить её и для дифференцирующей RC цепи – достаточно поменять резистор и конденсатор местами

Рис 1810 Амплитудно-частотная характеристика дифференцирующей RC цепи

Для удобства использования графиков есть возможность изменить цвета полученных кривых и маркеров Для этого достаточно зайти в основном меню окна плоттера в раздел Options, где выбрать пункт Colors

Такая частотная характеристика подходит для фильтра высоких частот, каковым RC цепь и является

Используя разные варианты включения резисторов и конденсаторов, можно получить фильтры режекторные, не пропускающие заданные частоты, полосовые, пропускающие заданные частоты Но, рассматривая фильтры низких и высоких частот, мы можем сказать, что они одновременно являются делителями переменного напряжения То есть, уменьшают входное напряжение Чтобы избежать этого, применяют активные фильтры, добавляя транзисторный усилитель, или строят активный фильтр с использованием операционных усилителей

Прежде, чем перейти к опытам с транзистором, рассмотрим ещё один из аспектов полезного применения фильтров Мой  прибор позволяет увидеть спектральный  состав сигнала Вот, например, спектр прямоугольных импульсов с частотой 140 Гц

Рис 1811 Спектр меандра с частотой 140 Гц

Для получения спектра нужно проверить, не выходит ли сигнал генератора за переделы экрана, соединив вход канала и выход генератора, а затем нажать кнопку Spectrum Analyzer

На рисунке отмечена амплитуда основного тона и третьей гармоники Используем фильтр низких частот предыдущих опытов, подав сигнал на вход фильтра

Рис 1812 Спектр того же сигнала, прошедшего простейший фильтр низких частот

Спектр заметно «похудел» Применяя  более  сложные  фильтры, можно выделить нужные гармонические составляющие, чем мы позже постараемся заняться, чтобы обогатить нашу простейшую домашнюю лабораторию

При создании звуковых усилителей мощности, на которые приходится основная нагрузка, вопрос нелинейных искажений становится одним из важнейших Обычно параметр, определяющий их, называется коэффициент нелинейных искажений Зная спектральные составляющие сигнала, можно вычислить этот коэффициент Следует только иметь в виду, что повторяя «заветную схему», где указаны нелинейные искажения, неплохо узнать, по какой методике они измерялись Иногда применяют измерение этого параметра с взвешивающим фильтром Последний даёт более точное представление о заметности искажений в силу того, что человеческое ухо по- разному воспринимает искажения на разных частотах Но числовое значение при этом может оказаться иным, чем без взвешивающего фильтра

О том, как практически в домашних условиях можно оценить нелинейные искажения, мы тоже поговорим позже (для тех, у кого нет анализатора спектра) А сейчас проведём несколько опытов с транзисторами

Источник: Гололобов ВН,- Самоучитель игры на паяльнике (Об электронике для школьников и не только), – Москва 2012

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты