Дослідження RC-ланцюгів (Теоретичне обґрунтування та порядок виконання лабораторної роботи № 1)

Сторінки роботи

зміст роботи

СИБІРСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ КОЛЕДЖ

Протокол ЦК «ЕТ та АТП»

№________ від_________

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 1

«Типові елементи систем автоматичного управління»

Тема: «Дослідження RC-ланцюгів»

Спеціальність: 2101

Перевірив: викладач Л.Ю. Жуків

ГоловаЦК «ЕТ та АТП»:

1.1. Вивчити принцип дії RC ланцюгів.

1.2. Розрахуйте ємність або опір (відповідно до завдання викладача) за допомогою постійного часу T.

2. ТЕОРЕТИЧНЕ ОБГРУНТУВАННЯ.

2.1. Ланцюг, що складається з резистора і конденсатора називатимемо RC ланцюгом. Основною характеристикою RC ланцюга є постійна часу Т, яка характеризує швидкість перебігу процесу в RC ланцюга:

Висновок формули, що пояснює, у чому вимірюється постійна часу представлений у рівнянні 2:

[Ом·Ф] = [В/А·Кл/В] = [Кл/Кл/с] = [Кл·с/Кл] = c. (2)

Фізичний сенс постійної часу у тому, який час зарядиться конденсатор до певної величини при певних значеннях R і З.

Розглянемо процеси, що відбуваються в RC ланцюга. Включимо перемикач у положення 1 (рис. 1). Подамо вхідну напругу стрибком. Реально вхідна напруга не може змінитися стрибком, але момент переходу від нуля до максимуму (при включенні) дуже малий. У цей момент часу t0:

хс = 1/2·π·f·c = T/2·π·c, хс → 0, оскільки T → 0.

де: T – період включення.

Таким чином, в момент часу t, ємнісне соп-Малюнок 1

ротивлення дорівнює нулю і на величину струму впливатиме тільки R.

Очевидно, що згодом конденсатор буде заряджатися до1,2,3…10 В, тоді за другим законом Кірхгофа, напруга на R буде зменшаться до 10,9,8…0 відповідно. Крива заряду конденсатора називається експонентою.

T - постійна часу;

У початковий момент часу t → 0, таким чином e - t / T → 1, напруга на конденсаторі, Uвих = 0, при t → ∞, e - t / T = 1/е t / T → 0, = > Uc = Uвх, у своїй падіння напруга на опорі дорівнюватиме нулю, оскільки конденсатор повністю зарядився.

Теоретично час заряду з = ∞ практично час закінчення заряду конденсатора вважається рівним 5Т. Теоретично доведено, що час T рівний RC характеризує заряд конденсатор до величини 63%Малюнок 2

Якщо перемикач різко перевести у положення 2, спостерігатимемо дзеркальну картину. Конденсатор заряджається до Uвх, почне розряджатися через R, при цьому струм через R тектиме у зворотний бік, тому диференціальний сигнал на R буде зворотної полярності.

Примітка:

Розряд конденсатора – також за експонентом.

2.2. Інтегратор (рис. 2). Візьмемо підсилювач постійного струму. З вихідного сигналу протилежним по фазі з вхідним (вихідний сигнал підсилювача збігатиметься по фазі з вхідним), включимо в негативний зворотний зв'язок диференціююча ланка. Допустимо Кусл = 1 зворотний зв'язок. Знімаючи падінняГрафік 1

напруга з резистора (диференційований сигнал) і, подаючи його на вхід підсилювача, розглянемо Uвих (графік 1). У момент часу t0 вхідний сигнал алгебраїчно складається з максимально негативною величиною сигналу зворотного зв'язку, при цьому Uвих = 0, у міру заряду конденсатора Uо.з зменшуватиметься. У цей момент часу t1, t2, t3 і так далі, різницю між Uвх і Uо.с зростає, відповідно Uвых зростає за експонентом.

Включення у зворотний негативний зв'язокМалюнок 3

підсилювача, що диференціює ланка отримаємо інтегратор.

2.3. Диференціатор (рис. 3). Візьмемо той самий підсилювач з тим же негативним зворотним зв'язком, але включивши в неї інтегруючу ланку. Тут у негативному зворотному зв'язку включено Uc, яке змінюється експонентом (графік 2). В цьому випадку в момент часу t0, Uо.с = 0, а Uвых = Umax , так як Uо.с буде змінюватися експонентом в протифазі Uвх ; Uвых буде зменшуватися за експонентом за час рівний 5T дорівнює закінченню процесу.

Загальний висновок: Підключення до зворотного негативного зв'язку підсилювача різні ланки або їхГрафік 2

комбінації можна одержати різні закони зміни вихідного сигналу.

2.4. Схема лабораторного стенду представлена ​​малюнку 4. Показання зняті з резистора і конденсатора заносяться в ЕОМ через модуль умовного введення. На безпосередньо ЕОМ ви бачитимете графік знятих залежностей, за якими ви визначите постійну часу (для кожної групи своє) і за відомими даними (або опору або ємності конденсатора) знайдете невідому, відповідно або ємність або опір.Малюнок 4

3. ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ.

3.1. Ознайомитись із принципом дії RC ланцюгів;

3.2. Зберіть схему роботи;

3.3. Зняти значення, для кожної групи свої (буде дано або опір, або ємність конденсатора).

3.4. Розрахуйте по графіку постійну часу, і, знаючи, що постійна часу характеризує заряд конденсатора до величини 63% від Uвх, розрахуйте невідомий опір чи ємність.

3.5. Зробити висновок про виконану роботу.

4. ЗМІСТ ЗВІТУ.

4.1. Назва роботи;

4.3.Схема стенду роботи;

4.4. Графік роботи;

4.5. Висновки про виконану роботу.

Звіт про виконану роботу має бути виконаний за встановленою

5.1. Поясніть принцип дії RC ланцюгів?

5.2. Поясніть принцип дії інтегратора та диференціатора?

5.3. Фізичний сенс постійного часу T?

6.1. Конспекти з предметів «МЕТРОЛОГІЯ», «ЗАСОБИ ВИМІРЮВАНЬ».

6.2. Г.А.МУРІН "ТЕПЛОТЕХНІЧНІ ВИМІРИ" ЕНЕРГІЯ 1979р.

6.3. Інструкція 4-53.Держстандарту СРСР з перевірки робочих пружинних манометрів.

---