ПОЛУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРИОДИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ НЕГАРМОНИЧЕСКОЙ ФОРМЫ

Стр 1 из 7Следующая ⇒

ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

Лабораторный практикум

на персональных компьютерах

в 2 частях

ЧАСТЬ II

для учащихся специальностей

2-45 01 02 – Системы радиосвязи и телевидения

2-45 01 03 – Сети телекоммуникаций

Минск

УДК 621.3

ББК 32.88

Т33

Рекомендовано к изданию

кафедрой радиосвязи и радиовещания

29 января 2013, протокол № 6

Составитель

Е. В. Русакович, преподаватель I категории

кафедры радиосвязи и радиовещания

Рецензент

Н. Л. Барташевич, преподаватель высшей категории

кафедры радиосвязи и радиовещания

Теория электрических цепей: лабораторный Т33 практикум для учащихся специальностей 2-45 01 02 –

Системы радиосвязи и телевидения, 2-45 01 03 – Сети

телекоммуникаций / сост. Е. В. Русакович – Минск:

УО ВГКС, 2013. ― 56 с.

ISBN

Приведены указания по выполнению шести лабораторных работ по дисциплине «Теория электрических цепей», каждая из которых содержит цель, домашнее задание, вопросы для самопроверки, порядок выполнения работы, иллюстративный материал, литературу.

Методические указания предназначены для учащихся и преподавателей колледжа.

УДК 621.3

ББК 32.88

ISBN ©Учреждение образования

«Высший государственный

колледж связи», 2013

Лабораторная работа №6

ПОЛУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРИОДИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ НЕГАРМОНИЧЕСКОЙ ФОРМЫ

Цель работы

1.1 Научиться получать сигналы негармонической формы.

1.2 Исследовать влияние составляющих негармонического сигнала на его форму.

1.3 Исследовать спектры сигналов негармонической формы.

1.4 Приобрести практические навыки анализа влияния формы сигнала на его спектр.

2 Домашнее задание

2.1 Изучить по [9.1], [9.2.] тему «Цепи при периодическом негармоническом воздействии».

2.2 Подготовить ответы на вопросы самопроверки.

2.3 Подготовить бланк отчета (см. раздел 6).

2.4 Построить в масштабе сигнал, состоящий из первой и третьей гармоник при соотношении амплитуд U₁_m: U₃_m = 3: 1, для случая, когда «нулевые» значения U₁ и U₃ совпадают, а после них следуют значения сигналов U₁ и U₃ одинакового знака.

ПРИМЕЧАНИЕ: Рекомендуется сначала построить U₁ и U₃, а затем сложить сигналы в этой же системе координат, результирующий сигнал изобразить другим цветом.

2.5 Начертить в масштабе спектральную диаграмму для негармонического сигнала при соотношении U₁_m: U₂_m: U₃_m: U₅_m = = 9: 7: 5: 2.

Вопросы для самопроверки

3.1 Как получить несинусоидальную ЭДС?

3.2 Поясните, что значит разложить функцию в ряд Фурье.

3.3 Запишите первую и вторую форму ряда Фурье.

3.4 Что такое гармоника?

3.5 Поясните, что называется первой, нулевой, высшими гармониками.

3.6 Запишите формулы индуктивного и емкостного сопротивлений для пятой гармоники; для к-той гармоники.

3.7 Запишите, чему равно сопротивление катушки индуктивности и конденсатора при постоянном токе.

3.8 Что называется спектром сигнала?

3.9 Постройте спектр тока:

i = 6 + 18sinω t + 10sin2ω t + 4sin5ω t.

3.10 Токи каких частот отсутствуют в спектре прямоугольного импульса?

3.11 Что такое иерархический ряд сигналов?

3.12 Поясните, как изменится спектр синусоиды при изменении частоты.

Аппаратное и программное обеспечение

4.1 Рабочая станция локальной сети (персональный компьютер).

4.2 Графический манипулятор мышь.

4.3 Программа Electronics Workbench 5.0.

Порядок выполнения работы

5.1 Проверка подготовки учащихся к лабораторной работе по вопросам самопроверки.

5.2 Получить инструктаж по технике безопасности.

ВНИМАНИЕ! Аккуратно обращайтесь с персональным компьютером и его периферийными устройствами. Соблюдайте требования эргономики. Проверьте наличие заземления устройств.

5.3 Запустить программу Electronics Workbench 5.0.

5.4 Собрать схему проведения исследований (рисунок 6.1). Для этого из библиотек программы достать необходимые элементы: элементы переносятся из каталога на рабочее поле движением мыши при нажатой левой кнопке, после чего кнопка отпускается. После того, как все необходимые элементы будут вызваны из библиотек, производится соединение их выводов проводниками.

Для соединения необходимо нажать левую клавишу манипулятора мышь в точке соединения в момент появления стрелки. Удерживая клавишу, перемещать манипулятор мышь по коврику. Отпустить клавишу необходимо в момент появления другой точки в нужном месте соединения. Появляющаяся линия – подтверждение правильности соединения. Аналогично включить остальные элементы схемы.

5.4.1 Установить значения R1 = R2 = R3 = 1 кОм, R4 = 30 Ом. Чтобы установить значение элемента, надо два раза щелкнуть левой клавишей манипулятора мышь на изображение элемента и поменять его значение в раскрывшемся окне, с помощью манипулятора мышь. Нажать «OK», окно закроется, значение элемента изменится.

5.4.2 Для каждого ключа (S1, S2, S3) задать свою клавишу, которой он переключается. Для этого два раза щелкнуть на изображение переключателя и в появившемся окне поменять имя клавиши (Key).

5.4.3 Установить параметры генераторов гармонических колебаний. Для этого два раза щелкнуть на изображение источника и в раскрывшемся окне установить значения: напряжения (Voltage), частоты (Frequency), начальной фазы (Phase) синусоидального напряжения изменяя эти параметры в соответствующих окошках. Установить размах напряжения (Voltage) равным 120 В, фазу (Phase) равную нулю, частоту (Frequency):

– для Е₁ равную f₁ (значение частоты f₁ равно номеру записи учащегося в учебном журнале (в кГц));

– для Е₂ частота рассчитывается по формуле: f₂ = 2f₁ ;

– для Е₃ частота рассчитывается по формуле: f₃ = 3f₁.

5.4.4 Для сравнения опорного сигнала с исследуемым сигналом данной гармоники надо соединить выход генератора со вторым каналом осциллографа. Эту линию соединения (на рисунке 6.1 – линия (1) ) выделить другим цветом, для этого два раза щелкнуть левой клавишей манипулятора мышь на линию и в раскрывшемся окне выбрать другой цвет. Нажать «OK», окно закроется, цвет линии поменяется.

В данной схеме используются:

G – генератор сигнала – (генерирует сигналы различной частоты и длительности синусоидальной, треугольной и прямоугольной форм);

Осц. – осциллограф – для наблюдения формы сигналов на входе и выходе;

Е₁, Е₂, Е₃– генераторы гармонических колебаний частот f₁, f₂ = 2f₁, f₃ = 3f₁ соответственно.

Для исследования формы отдельных гармонических колебаний, сигнал снимается с соответствующих выходов при разомкнутых ключах S1, S2, S3.

S1, S2, S3 – переключатели, управляемые нажатием назначенной клавиши клавиатуры (по умолчанию клавиша Space – пробел). При сложении напряжений различных сигналов, результирующий сигнал снимается с выхода сумматора (собран на операционном усилителе – ОУ) при замыкании ключей S1, S2, S3 соответственно.

Рисунок 6.1 – Умножитель частоты и сумматор

5.5 Щелкнуть два раза на изображение генератора. Установить режим генерации синусоидальных импульсов, нажав на соответствующее изображение в раскрывшемся окне лицевой панели генератора.

5.5.1 Установить частоту (frequency) равной частоте f₁ (см. п. 5.4.3), амплитуду (amplitude) 120 В, длительность импульса (duty cycle) 50% от периода, постоянную составляющую (offset) сигнала на выходе генератора равной нулю, изменяя эти данные в окошках напротив параметров в раскрывшемся окне лицевой панели генератора.

5.5.2 Щелкнуть два раза на изображение осциллографа.

5.5.3 Включить режим анализа схемы, щелкнув манипулятором мышь на изображение выключателя , расположенного в правом верхнем углу панели инструментов.

5.5.4 Щелкнуть на изображение Expand лицевой панели осциллографа. Наблюдать временные диаграммы входного и выходного сигналов на расширенном экране.

5.5.5 Нажать манипулятором мышь надпись Pause на панели инструментов, остановив анализ построения программой временных диаграмм, или отключить формирование сигналов, нажав левой клавишей манипулятора мышь на изображение выключателя в правом верхнем углу панели инструментов.

5.5.6 Щелчками манипулятора мышь установить на лицевой панели осциллографа переключателем «Время на деление» (Time base) – время, соответствующее наблюдению двух или трех периодов колебания.

5.5.7 Установить переключателем «Вольт на деление» (V/div) удобный для наблюдения масштаб по оси амплитуд. Убедиться (сравнить), что на выходе сигнал первой гармоники той же частоты, что и опорный, который для сравнения подается с генератора на второй канал осциллографа. Зарисовать полученные изображения в одних осях координат, разместив осциллограммы одна под одной.

5.5.8 Подключить первый канал осциллографа к выходу генератора второй гармоники. Для этого щелкнуть манипулятором мышь на изображение линии, которая соединяет осциллограф и выход генератора первой гармоники, и удалить ее. Соединить первый канал осциллографа с выходом генератора второй гармоники аналогично п. 5.4. Включить режим анализа схемы. Убедиться, что частота генератора второй гармоники f₂ = 2f₁. Зарисовать полученную осциллограмму в отчет.

5.5.9 Аналогично п. 5.4.3 изменить значение амплитуды и фазы сигнала второй гармоники. Зарисовать осциллограммы в отчет.

5.5.10 Повторить пп. 5.5.8–5.5.9 для генератора третьей гармоники. Для этого подключить первый канал осциллографа к выходу генератора третьей гармоники.

5.6 Произвести сложение сигналов различных гармоник:

5.6.1 Сложить сигналы с частотами f₁ и 2f₁, т.е. первой и второй гармоники.

Для этого первый канал осциллографа подключить к выходу сумматора: на рисунке 6.1 – узел 2. Переключателями S1 и S2 включить генераторы первой и второй гармоник, переключателем S3 отключить генератор третьей гармоники. Включить режим анализа схемы. Зарисовать полученную осциллограмму в отчет.

5.6.2 Изменяя амплитуду сигнала второй гармоники, аналогично п. 5.4.3 исследовать форму суммарного сигнала. Зарисовать одну из полученных осциллограмм в отчет.

5.6.3 Для зарисованного в п. 5.6.2 сигнала изменить фазу второй гармоники. Исследовать изменение формы сигнала. Одну из осциллограмм зарисовать в отчет.

5.7 Повторить пп. 5.6.1–5.6.3 для сложения поочередно следующих гармоник:

1) первой и третьей;

2) второй и третьей;

3) первой, второй и третьей.

В результате исследований зарисовать в одной системе координат полученные негармонические сигналы.

5.8 Показать результаты выполнения работы преподавателю.

5.9 Выключить оборудование.

5.10 Составить отчет по работе.

Содержание отчета

6.1 Наименование и цель работы.

6.2 Решение задач по п. 2.4 – 2.5.

6.3 Схема исследований (рисунок 6.1).

6.4 Временные диаграммы сигналов и их спектры (по заданию преподавателя).

6.5 Ответы на контрольные вопросы (по заданию преподавателя).

6.6 Выводы по работе.

7 Контрольные вопросы

7.1 Как влияет амплитуда и фаза отдельных гармоник на форму несинусоидального сигнала?

7.2 Запишите формулу резонансной частоты третьей гармоники.

7.3 Токи каких частот хорошо пропускает катушка индуктивности? Конденсатор?

7.4 Какой спектр имеет периодический сигнал? Непериодический сигнал?

7.5 Как зависит ширина спектра от крутизны сигнала?

Содержание зачета

Учащийся должен знать ответы на контрольные вопросы. Должен уметь проводить измерения, предусмотренные заданием на работу, анализировать результаты измерений.

Литература

9.1 Добротворский, И. Н. Теория электрических цепей / И. Н. Добротворский. – M.: Радио и связь, 1989. – С. 292 – 312, 319 – 321.

9.2 Агасьян, М. В. Электротехника и электрические измерения / М. В. Агасьян, Е. А. Орлов. – М.: Радио и связь, 1983. – С. 218 – 230.

9.3 Карлащук, В. И. Электронная лаборатория на IBM PC / В. И. Карлащук. – М.: Солон-Р, 1999. – С. 23 – 39.

Лабораторная работа №7

Цель работы

1.1 Изучить явления, происходящие в последовательном контуре с R, L, C.

1.2 Научиться практически определять резонансную частоту, полосу пропускания и добротность последовательного колебательного контура.

2 Домашнее задание

2.1 Изучить по [9.1] тему «Резонанс напряжений».

2.2 Подготовить ответы на вопросы самопроверки.

2.3 Подготовить бланк отчета (см. раздел 6).

2.4 Решить задачу: В последовательном контуре дано: L=30 мГн; R1=160 Ом; значение емкости конденсатора (С) равно номеру записи учащегося в учебном журнале (в нФ).

Вычислить резонансную частоту f_о, добротность контура – Q и полосу пропускания – П.

Чему будут равны эти же параметры контура, если вместо R1 будет включен резистор, сопротивление которого R2=640 Ом?

Вопросы для самопроверки

3.1 Дайте определение последовательного колебательного контура.

3.2 Запишите условие резонанса напряжений.

3.3 Чему равен угол сдвига фаз «φ » в момент резонанса напряжений?

3.4 Укажите свойства последовательного колебательного контура при резонансе напряжений.

3.5 Поясните, почему резонанс в последовательном колебательном контуре называется резонансом напряжений.

3.6 Нарисуйте графики и запишите формулы входных АЧХ и ФЧХ последовательного колебательного контура.

3.7 Дайте определение расстройки, запишите формулы расстроек.

3.8 Запишите формулу резонансной частоты последовательного колебательного контура.

3.9 Дайте определение и запишите формулу характеристического сопротивления последовательного колебательного контура.

3.10 Дайте определение и запишите формулу добротности последовательного колебательного контура.

3.11 Поясните энергетический процесс в последовательном колебательном контуре.

3.12 Как можно получить в последовательном колебательном контуре резонанс напряжений?

3.13 Нарисуйте передаточную АЧХ последовательного колебательного контура и запишите ее формулу.

3.14 Поясните характер реактивного сопротивления последовательного колебательного контура на частотах до резонансной, после резонансной и на частоте f_о.

Порядок выполнения работы

5.1 Проверка подготовки учащихся к лабораторной работе по вопросам самопроверки.

5.2 Получить инструктаж по технике безопасности.

5.3 Запустить программу Electronics Workbench 5.0.

5.4 Собрать схему проведения исследований (рисунок 7.1). Для этого из библиотек программы достать необходимые элементы: элементы переносятся из каталога на рабочее поле движением мыши при нажатой левой кнопке, после чего кнопка отпускается. После того, как все необходимые элементы будут вызваны из библиотек, производится соединение их выводов проводниками.

Чтобы наблюдать одновременно импульсы на входе и выходе цепи, надо соединить выход генератора со вторым каналом осциллографа. Эту линию соединения (на рисунке 7.1 – линия (1) ) выделить другим цветом, для чего два раза щелкнуть левой клавишей манипулятора мышь на линию и, в раскрывшемся окне, выбрать другой цвет. Нажать «OK», окно закроется, цвет линии поменяется.

5.4.1 Установить значения L, C, R согласно п. 2.4 данной лабораторной работы. Чтобы установить значение элемента, надо два раза щелкнуть левой клавишей манипулятора мышь на изображение элемента и поменять его значение в раскрывшемся окне, с помощью манипулятора мышь. Нажать «OK», окно закроется, значение элемента изменится.

5.4.2 Установить в вольтметрах и амперметре режим измерения переменного тока. Для этого щелкнуть манипулятором мышь два раза на изображение элемента и в раскрывшемся окне выбрать режим (Mode) – АС (переменный ток).

5.5 Исследовать последовательный колебательный контур.

5.5.1 Щелкнуть два раза на изображение генератора. Установить режим генерации синусоидальных импульсов, нажав на соответствующее изображение в раскрывшемся окне лицевой панели генератора.

5.5.2 Установить частоту (frequency) равной резонансной частоте данного контура (см. п. 2.4 – f_о ), амплитуду (amplitude) 2 В, длительность импульса (duty cycle) 50% от периода, постоянную составляющую (offset) сигнала на выходе генератора равной нулю, изменяя эти данные в окошках напротив параметров в раскрывшемся окне лицевой панели генератора.

В данной схеме используются:

V1, V2 – вольтметры (показывают действующее значение напряжения);

А – амперметр (показывает действующее значение тока);

G – генератор сигнала – (генерирует сигналы различной частоты и длительности синусоидальной, треугольной и прямоугольной форм).

Осц. – осциллограф – для наблюдения формы сигналов на входе и выходе;

Изм. АЧХ и ФЧХ – измеритель АЧХ и ФЧХ предназначен для анализа амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик. Подключение прибора к схеме осуществляется с помощью зажимов IN (вход) и OUT (выход). Левые клеммы зажимов подключаются соответственно ко входу и выходу исследуемой схемы, а правые – к общей шине (земле).

Рисунок 7.1 – Схема исследования последовательного

колебательного контура

5.5.3 Щелкнуть два раза на изображение осциллографа и на изображение измерителя АЧХ и ФЧХ для того, чтобы открыть изображения лицевой панели этих приборов.

5.5.4 Включить режим анализа схемы, щелкнув манипулятором мышь на изображение выключателя , расположенного в правом верхнем углу панели инструментов.

5.5.5 Щелкнуть на изображение Expand лицевой панели осциллографа. Наблюдать временные диаграммы входного и выходного сигналов на расширенном экране.

5.5.6 Нажать манипулятором мышь надпись Pause на панели инструментов, остановив анализ построения программой временных диаграмм или отключить формирование сигналов, нажав левой клавишей манипулятора мышь на изображение выключателя в правом верхнем углу окна.

5.5.7 Щелчками манипулятора мышь установить на лицевой панели осциллографа переключателем «Время на деление» (Time base) – время, соответствующее наблюдению двух или трех периодов колебания.

5.5.8 Установить переключателем «Вольт на деление» (V/div) удобный для наблюдения масштаб по оси амплитуд.

Резонансная частота может быть определена:

– по максимальному напряжению на вольтметре V2 – напряжение на конденсаторе;

– угол «φ » – минимальный (близкий к нулю), т. е. входной и выходной сигналы совпадают по фазе.

Убедиться по осциллографу, что обе синусоиды совпадают по фазе, т. е. установленная частота f_o является резонансной.

5.5.9 На лицевой панели измерителя АЧХ и ФЧХ наблюдать получившуюся АЧХ данного контура. Для чего нажать манипулятором мышь кнопку MAGNITUDE (включена по умолчанию) и кнопку LIN (линейная шкала). X (Horizontal) и Y (Vertical). Щелчками манипулятора мышь установить в окошках пределы измерения: F – максимальное, I – минимальное:

– по оси Х (Horizontal): F=2f_о, I=1 Гц;

– пооси Y(Vertical): F=1, I=0.

5.6 Измерить амплитудно-частотную характеристику последовательного колебательного контура.

5.6.1 Записать в таблицу 7.1 значение резонансной частоты – f_o; U_вх (входное напряжение) – показания вольтметра V1; U_c (напряжение на конденсаторе) – показания вольтметра V2; I (значение тока в цепи) – показания амперметра.

5.6.2 Изменяя частоту генератора в разные стороны от резонансной (см. таблицу 7.1), снимать значения U_вх, U_c, I. Результаты измерений занести в таблицу 7.1.

5.6.3 Установить значение резистивного сопротивления R = 640 Ом и повторить п. 5.6.1–5.6.2.

5.6.4 По результатам измерений вычислить значения коэффициента передачи:

K = U_вых/U_вх

и К/К_о, где К_о – значение коэффициента передачи на резонансной частоте. Результаты вычислений занести в таблицу 7.1.

5.6.5 По результатам измерений и вычислений построить в одной системе координат зависимость К/К_о= F(f), сравнить полученные АЧХ с получившимися АЧХ на измерителе АЧХ и ФЧХ.

5.6.6 По построенным графикам определить полосу пропускания (П) и добротность последовательного колебательного контура (Q) для всех значений R.

Таблица 7.1 – Экспериментальные и расчетные данные исследований последовательного колебательного контура

U_вх= ___ В

Частота	Результаты измерений и вычислений
R = 160 Ом	R = 640 Ом
f, кГц	U_c, В	I, мА	К	К/К_о	U_c, В	I, мА	К	К/К_о
f_o – 4 кГц =
f_o – 3 кГц =
f_o – 2, 5 кГц =
f_o – 2 кГц =
f_o – 1, 5 кГц =
f_o – 1 кГц =
f_o =
f_o + 1 кГц =
f_o + 1, 5 кГц =
f_o + 2 кГц =
f_o + 2, 5 кГц =
f_o + 3 кГц =
f_o + 4 кГц =

5.7 Измерить ФЧХ последовательного колебательного контура.

5.7.1 Для этого клемму измерителя АЧХ и ФЧХ, которая была присоединена к входу схемы, включить на выход, а выходную клемму – на вход (см. рисунок 7.2). На лицевой панели измерителя нажать кнопку Phase – анализ фазочастотных характеристик, установить линейную шкалу (Lin) и пределы измерения по осям:

– по оси Х (Horizontal): F = 2f_о, I = 1 Гц;

– пооси Y(Vertical): F = 90^о, I = – 90^о.

Рисунок 7.2 – Схема исследования ФЧХ последовательного

колебательного контура

5.7.2 Включить режим анализа схемы, затем его выключить (см. пп. 5.5.5–5.5.6) и зарисовать полученную ФЧХ в отчет. Значения частоты и фазы в отдельных точках можно получить с помощью визирной линии, для этого нажать кнопку манипулятора мышь на визирной линии и, не отпуская кнопку манипулятора мышь, перемещать линию в необходимую точку.

5.7.3 Снять ФЧХ для другого значения резистивного сопротивления R. Зарисовать ФЧХ в отчет.

5.8 Показать результаты выполнения работы преподавателю.

5.9 Выключить оборудование.

5.10 Составить отчет по работе.

Содержание отчета

6.1 Наименование и цель работы.

6.2 Решение задачи по п. 2.4.

6.3 Схема исследований (рисунок 7.1).

6.4 Результаты измерений и вычислений (таблица 7.1).

6.5 Расчетные данные и формулы.

6.6 Графики зависимостей К/К_о = F(f).

6.7 Графики ФЧХ для разных значений сопротивления резистора.

6.8 Ответы на контрольные вопросы (по заданию преподавателя).

6.9 Выводы по работе.

7 Контрольные вопросы

7.1 Как определить резонансную частоту по показанию амперметра?

7.2 Как определить резонансную частоту с помощью осциллографа по анализу временных диаграмм напряжения на входе и на выходе?

7.3 Как построить передаточную АЧХ в абсолютных и относительных координатах?

7.4 Дайте определение полосы пропускания последовательного колебательного контура и поясните, как она определяется на графике передаточной АЧХ.

7.5 Как зависит полоса пропускания последовательного колебательного контура от величины резистивного сопротивления?

Содержание зачета

Литература

9.1 Добротворский, И. Н. Теория электрических цепей / И. Н. Добротворский. – M.: Радио и связь, 1989. – С. 211 – 225.

9.2 Карлащук, В. И. Электронная лаборатория на IBM PC / В. И. Карлащук. – М.: Солон-Р, 1999. – С. 151 – 152.

Лабораторная работа №8

Цель работы

1.1 Исследовать резонансные свойства параллельного колебательного контура, питаемого генератором напряжения.

1.2 Исследовать резонансные свойства параллельного колебательного контура, питаемого генератором тока.

1.3 Научиться экспериментально определять параметры контура: полосу пропускания, добротность и входное сопротивление при резонансе токов.

2 Домашнее задание

2.1 Изучить по [9.1] тему «Резонанс токов».

2.2 Подготовить ответы на вопросы самопроверки.

2.3 Подготовить бланк отчета (см. раздел 6).

2.4 Решить задачу: В параллельном колебательном контуре: L = 30 мГн; R = 100 Ом; U_вх = 3 В; R_i = 100 кОм, значение емкости конденсатора (С) равно номеру записи учащегося в учебном журнале (в нФ). Определить резонансную частоту (f_o), характеристическое сопротивление, добротность контура, полосу пропускания.

Вопросы для самопроверки

3.1 Дайте определение параллельного колебательного контура.

3.2 Запишите условие резонанса токов.

3.3 Чему равен угол сдвига фаз «φ » в момент резонанса токов?

3.4 Запишите свойства параллельного колебательного контура при резонансе напряжений.

3.5 Поясните, почему резонанс в параллельном колебательном контуре называется резонансом токов.

3.6 Запишите формулу эквивалентной добротности параллельного колебательного контура, для какой схемы контура она существует?

3.7 Какой вид имеет зависимость Z_вх = F(f) для последовательного и параллельного колебательных контуров?

3.8 Для чего применяются контура 2-го и 3-го вида? Изобразите их схемы.

3.9 Как можно расширить полосу пропускания параллельного колебательного контура?

3.10 Поясните, как зависит эквивалентная добротность и полоса пропускания параллельного колебательного контура от величины внутреннего сопротивления источника.

3.11 Как можно настроить параллельный колебательный контур в резонанс?

Порядок выполнения работы

5.1 Проверка подготовки учащихся к лабораторной работе по вопросам самопроверки.

5.2 Получить инструктаж по технике безопасности.

5.3 Запустить программу Electronics Workbench 5.0.

5.4 Собрать схему проведения исследований (рисунок 8.1). Для этого из библиотек программы достать необходимые элементы: элементы переносятся из каталога на рабочее поле движением мыши при нажатой левой кнопке, после чего кнопка отпускается.

После того, как все необходимые элементы будут вызваны из библиотек, производится соединение их выводов проводниками. Для соединения необходимо нажать левую клавишу манипулятора мышь в точке соединения в момент появления стрелки. Удерживая клавишу, перемещать манипулятор мышь по коврику. Отпустить клавишу необходимо в момент появления другой точки в нужном месте соединения. Появляющаяся линия – подтверждение правильности соединения. Аналогично включить все элементы схемы.

В данной схеме используются:

V1, V2 – вольтметры (показывают действующее значение напряжения);

А – амперметр (показывает действующее значение тока);

G – генератор сигнала (генерирует сигналы различной частоты и длительности синусоидальной, треугольной и прямоугольной форм).

Рисунок 8.1 – Схема исследования параллельного

колебательного контура при питании от источника напряжения

5.5 Исследовать резонансные свойства параллельного колебательного контура при питании от источника напряжения.

5.5.1 Щелкнуть два раза на изображение генератора. Установить режим генерации синусоидальных импульсов, нажав на изображение синусоидальных импульсов в раскрывшемся окне лицевой панели генератора.

5.5.2 Установить частоту (frequency) равной резонансной частоте данного контура (см. п. 3.4 – f_o ), амплитуду (amplitude) 3 В, длительность импульса (duty cycle) 50% от периода, постоянную составляющую (offset) сигнала на выходе генератора равной нулю, изменяя эти данные в окошках напротив параметров в раскрывшемся окне лицевой панели генератора.

5.5.4 Нажать манипулятором мышь надпись Pause на панели инструментов, остановив анализ построения программой временных диаграмм или отключить формирование сигналов, нажав левой клавишей манипулятора мышь на изображение выключателя в правом верхнем углу окна.

5.5.5 Записать в таблицу 8.1 значение резонансной частоты – f_o; U_вх (входное напряжение) – показания вольтметра V1; U_вых (напряжение на выходе) – показания вольтметра V2; значение тока в цепи I – показания амперметра.

Таблица 8.1 – Опытные и расчетные данные исследований схемы параллельного колебательного контура при питании от источника напряжения

U_вх = __ В

Результаты измерений	Результаты вычислений
f, кГц	U_вых, В	I, мкА	Z_вх, кОм	Остальные величины
f_o– 3 кГц =				f_гр1 = f_гр2 = П =
f_o – 2 кГц =
f_o – 1 кГц =
f_o=
f_o + 1 кГц =
f_o + 2 кГц =
f_o + 3 кГц =

5.5.6 Изменяя частоту генератора в разные стороны от резонансной на f = 1 кГц, снять показания приборов V1, V2, A (U_вх, U_вых, I). Результаты измерений занести в таблицу 8.1.

5.5.7 Для каждой частоты рассчитать модули входных сопротивлений контура по формуле:

Z_вх = U_вх/I

Результаты вычислений занести в таблицу 8.1.

Построить графики зависимостей I = F(f), Z_вх = F(f), U_вых = = F(f). Определить по графику граничные частоты и полосу пропускания. Результаты занести в таблицу 8.1.

5.6 Исследовать резонансные явления параллельного колебательного контура при питании от источника тока.

5.6.1 Собрать цепь, представленную на рисунке 8.2. Кроме сопротивления резистора R2 = 1 кОм, в цепь включается большое сопротивление R1 = R_i = 100 кОм. В такой цепи окажется режим близкий к режиму источника тока. При изменении частоты существенно меняется сопротивление контура. Ток в неразветвленной цепи будет оставаться практически неизменным из-за большого сопротивления R_i.

Рисунок 8.2 – Схема исследования параллельного

колебательного контура при питании от источника тока

5.6.2 Исследовать характеристики контура при питании от источника тока. Изменяя частоту в разные стороны от резонансной на f = 1 кГц, аналогично п. 5.5.1–5.5.6, снять показания приборов, результаты измерений занести в таблицу 8.2.

Таблица 8.2 – Опытные и расчетные данные исследований схемы параллельного колебательного контура при питании от источника тока

U_вх = __ В

Результаты измерений	Результаты вычислений
f, кГц	U_вых, В	I, мкА	U_вых/U_{вых о}	Остальные величины
f_o – 3 кГц =				f_гр1 = f_гр2 = П =
f_o – 2 кГц =
f_o –1 кГц =
f_o =
f_o + 1 кГц =
f_o + 2 кГц =
f_o + 3 кГц =

5.6.3 Вычислить для каждой частоты отношениеU_вых/U_{вых о}, где U_{вых о} – значение выходного напряжения на резонансной частоте. Построить график зависимости U_вых/U_{вых о} = F(f). Определить по графику граничные частоты и полосу пропускания. Результаты занести в таблицу 8.2.

5.7 Показать результаты выполнения работы преподавателю.

5.8 Выключить оборудование.

5.9 Составить отчет по работе.

Содержание отчета

6.1 Наименование и цель работы.

6.2 Решение задачи по п. 2.4.

12 3 4 5 6 7 Следующая ⇒