Лабораторная работа 1 " Исследование элементов структурных схем систем радиоавтоматики" Цель работы
 Скачать 1.78 Mb.
|
|
МОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ РАДИОТЕХНИКИ ЭЛЕКТРОНИКИ И АВТОМАТИКИ Лабораторные работы по предмету РАДИОАВТОМАТИКА Выполнил ст. гр. ВРУ-3-02 Проверил ____________________ ____________________ 2005 Лабораторная работа № 1 “Исследование элементов структурных схем систем радиоавтоматики” Цель работы: Изучение методов анализа детерминированных процессов в линейных стационарных системах. Изучение электрических схем и реакции типовых динамических звеньев. Исследование частотных характеристик типовых динамических звеньев. Исследование временных характеристик типовых динамических звеньев. В лабораторном макете установлено несколько схем. Для изучения преподаватель выбирает три схемы. Заданы схемы № 2, № 4, № 5. I) Исследование схемы № 2 С  хема № 2 является пассивным дифференцирующим звеном, состоящим из резистора и конденсатора. Схема показана на рис. 1.1.В таблице 1.1 представлены экспериментальные и расчетные данные. Таблица 1.1
Коэффициент передачи A(f) рассчитывается по формуле  , где входное напряжение  всегда постоянно и равно 0,5 В. Имеется ввиду амплитудное, а не действующее напряжение.Разность фаз  рассчитывается по формуле  , где – период сигнала, выраженный в делениях по сетке осциллографа. – расстояние между входным и выходным сигналом выраженное в делениях по сетке осциллографа.  II) Исследование схемы № 4 Схема № 4 является активным интегрирующим звеном построенном на операционном усилителе. В частотозависимой ООС применены резистор и конденсатор. Схема активного интегрирующего звена показана на рис. 1.4.  Из схемы на рис. 1.4 видно, что данный каскад является инвертирующим, что наглядно показано на рис. 1.5. Синяя линия – входной сигнал, красная линия – выходной сигнал. Осциллограмма снята при частоте генератора 1 Гц.  В таблице 1.2 представлены экспериментальные и расчетные данные. Таблица 1.2
Расчеты проведены по методике описанной в “I”. График зависимости выходного напряжения от частоты (ВАХ) показан на рис. 1.6, график ФЧХ показан на рис. 1.7.   III) Исследование схемы № 5 Схема № 4 является активным дифференцирующим звеном построенном на операционном усилителе. Схема активного дифференцирующего звена показана на рис. 1.8.  Схема 1.8 так же как и схема 1.4 является инвертирующей. В таблице 1.3 представлены экспериментальные и расчетные данные. Таблица 1.3
Расчеты проведены по методике описанной в “I”. График зависимости выходного напряжения от частоты (ВАХ) показан на рис. 1.9, график ФЧХ показан на рис. 1.10.         0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Рис. 1.10. ФЧХ IV) Исследование временных характеристик схем №№ 2, 4, 5. Временные характеристики можно исследовать двумя способами: Подавая на вход устройства единичный импульс (дельта-импульс) Подавая на вход схемы единичное воздействие В нашем случае проще реализовать единичное воздействие, которое можно имитировать с помощью генератора прямоугольных импульсов (частота следования импульсов 1 Гц, скважность 2), а к выходу устройства подключить осциллограф. Осциллограмма снятая при воздействии единичного скачка на схему № 2 показана на рис. 1.11.  Осциллограмма снятая при воздействии единичного скачка на схему № 4 показана на рис. 1.12.  Осциллограмма снятая при воздействии единичного скачка на схему № 4 показана на рис. 1.13.  ВЫВОДЫ Коэффициент передачи у пассивных цепей, в состав которых не входят усилительные элементы, всегда меньше единицы. ФЧХ цепей первого порядка (все рассмотренные в данной работе цепи являются цепями первого порядка) плавно меняются не более чем на  .ПРИЛОЖЕНИЕ к лабораторной работе № 1 В приложении приведены графики АЧХ и ФЧХ всех трех схем выполненные программой “Electronics Workbench v.5.12”. График 1 – показана АЧХ для пассивной дифференцирующей цепи (схема № 2)  График 2 – показана ФЧХ для пассивной дифференцирующей цепи (схема № 2)  График 3 – показана АЧХ для активной интегрирующей цепи (схема № 4)  График 4 – показана ФЧХ для активной интегрирующей цепи (схема № 4)  График 5 – показана АЧХ для активной дифференцирующей цепи (схема № 5)  График 6 – показана ФЧХ для активной дифференцирующей цепи (схема № 5)  Далее показаны графики, отображающие временные характеристики схем. Синяя линия показывает входное воздействие, красная – сигнал на выходе устройства. График 7 – показан вид экрана осциллографа при воздействии на пассивную дифференцирующую цепь (схема № 2) импульсной последовательности (1 Гц).  График 8 – показан вид экрана осциллографа при воздействии на активную интегрирующую цепь (схема № 4) импульсной последовательности (1 Гц).  График 9 – показан вид экрана осциллографа при воздействии на активную дифференцирующую цепь (схема № 5) импульсной последовательности (1 Гц).  Данные представленные на графиках 1 – 9 могут не совпадать с данными, полученными экспериментальным путем, т.к. в программе не учитывались различные погрешности стендового оборудования, а характеристики операционных усилителей считались близкими к идеальным. Лабораторная работа № 2 “Исследование устойчивости линейной системы” Цель работы: Изучение методов исследования устойчивости линейных систем. На рис. 2.1 приведена схема лабораторного макета.   Для снятия АЧХ используем генератор сигналов, подключенный к входу стенда, уровень синусоидального сигнала на входе постоянен: 0,5 В. К выходу стенда подключен вольтметр. Считываем показания вольтметра плавно изменяя частоту генератора подключенного к входу в пределах 10 – 10000 Гц. Для снятия ФЧХ используем генератор сигналов, подключенный к входу стенда, уровень синусоидального сигнала на входе постоянен: 0,5 В. К выходу стенда подключен фазометр. Устойчивость замкнутой системы можно определить экспериментально: Не подавая на вход сигналов меняем положение переключателя SA2. Чем ниже по схеме (рис. 2.1) ползунок переключателя, тем меньше ОС. На рис. 2.2 приведена схема электрическая принципиальная фильтра низкой частоты второго порядка. Фильтр является активным и построен на операционном усилителе. Коэффициент усиления такого фильтра равен:  ,эта формула верна в том случае, если С1 и С2 равны нулю (отсутствуют) или для постоянного или низкочастотного напряжения. Чем выше частота, тем заметнее влияние конденсаторов С1 и С2 и тем ниже коэффициент передачи. Неустойчивая система  Рис. 2.3. Таблица 2.1
 Рис. 2.4.  Рис. 2.5. fср = 19 кГц при А(f) = 1, fкр = 15,35 кГц при (f) = -.Если fср > fкр то система не устойчива.  Рис. 2.6. В системе есть шум, и если система неустойчива, то шум по обратной связи вводит систему в автогенерацию. Устойчивая система Таблица 2.2
 Рис. 2.7.  Рис. 2.8. fср = 16,8 кГц при А(f) = 1, fкр = 26 кГц при (f) = -. Если fср < fкр то система устойчива.  Рис. 2.9. Лабораторная работа № 3 “Исследование качества работы следящей системы в установившемся режиме” Цель работы: Изучение методов оценки качества работы нелинейных следящих систем радиоавтоматики. Исследование зависимости динамической ошибки и полосы удержания от структуры и параметров системы. Описание лабораторного стенда В лабораторном макете реализована следящая система ЧАП, функциональная схема которой приведена на рис. 3.1. Лабораторная установка содержит: лабораторный макет, генератор синусоидальных колебаний ГЗ-112, два частотомера Ч3-33 и вольтметр В7-26.  Схема работает следующим образом. На смеситель СМ поступают сигналы от внешнего генератора и перестраиваемого гетеродина Г. Сигнал промежуточной частоты с выхода СМ, после усиления в УПЧ, поступает на частотный дискриминатор ЧД. Коэффициент усиления УПЧ может регулироваться, что эквивалентно изменению крутизны дискриминатора. В цепь обратной связи следящей системы с помощью переключателя SA1 может быть включен либо интегратор ИНТ, либо фильтр нижних частот ФНЧ. Постоянная времени ФНЧ может изменяться с помощью переключателя SA2. В том случае, когда в цепь обратной связи включен ФНЧ, следящая система будет являться статической, а когда включен ИНТ - астатической 1 порядка. Переключатель SB служит для замыкания следящей системы. Гнезда Г1 и Г2 служат для подключения внешнего генератора и частотомера, гнездо ГЗ - для подключения частотомера квыходу гетеродина, гнездо Г4 - для измерения промежуточной частоты, к гнездам Г5 и Г6 подключается вольтметр для измерения напряжения на выходе дискриминатора или на входе фильтра. С  хема подключения приборов к лабораторному макету приведена на рис. 3.2Исследование характеристики частотного дискриминатора ЧД Для снятия характеристики ЧД необходимо разомкнуть следящую систему переключателем SB. К выходу дискриминатора (гнездо Г5) подключить вольтметр В7-26. На вход системы (гнездо Г1) подать гармонический сигнал амплитудой 0.5 В от генератора Г3-112, контролируя его частоту с помощью частотомера Ч3-33. Изменяя частоту генератора ГЗ-112 в некоторых предела вокруг значения  (величина которого указана на макете), измерить выходное напряжение дискриминатора в 15-20 точках для двух крайних значений его крутизны. Для Sд max результаты измерений занести в табл.3.1, Для Sд min результаты измерений занести в табл.3.2.Таблица 3.1 (min)
Таблица 3.2 (max)
По результатам был построен график (рис. 3.3)  Исследование зависимости динамической ошибки от структуры и параметров системы Для снятия этой зависимости замкнуть следящую систему переключателем SB. К Г3 гнездам подключить частотомер Ч3-33 для измерения частоты гетеродина fг. а) С помощью переключателя SA1 в цепь обратной связи включить ФНЧ, ручкой регулировки установить минимальное значение крутизны дискриминатора, а переключателем SA2 - одно из значений постоянной времени ФНЧ. Установить значение частоты генератора ГЗ-112 f, равное  . Изменяя частоту сигнала fc в сторону уменьшения от fo, регистрировать значения частоты сигнала и гетеродина до тех пор, пока не произойдет срыв слежения. Критерием срыва является резкое увеличение ошибки сопровождения f (f= fc - fг ± fпp) и отсутствие зависимости между частотой сигнала и частотой гетеродина.     Удер Захв.               2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3,0 (MHz)   Рис. 3.4. Затем изменять частоту сигнала в сторону увеличения, регистрировать значения частоты сигнала и гетеродина и отмечать значения частот, при которых произойдет сначала захват, а при дальнейшем увеличении частоты и срыв слежения. Критерием захвата является резкое уменьшение ошибки сопровождения и появление зависимости между частотой сигнала и частотой гетеродина. Данные измерений занести в табл.3.3.  (МГц) МГц МГц МГцТаблица 3.3
В таблице кF – это .По данным измерений рассчитать значения полос удержания 2f уд и схватывания f cx. По данным измерений построить графики зависимостей f(fc) – см. гр. рис.3.4. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
, дел
, дел