ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЗОНАНСНЫХ ЯВЛЕНИЙ В ПАРАЛЛЕЛЬНОМ КОЛЕБАТЕЛЬНОМ КОНТУРЕ

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?

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 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

5.4.1 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 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.

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

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.

6.3 Схемы исследований (рисунки 8.1, 8.2).

6.4 Результаты измерений и вычислений (таблицы 8.1, 8.2).

6.5 Графики зависимостей I = F(f), Z_вх = F(f), U_вых = F(f), U_вых/U_{вых о} = F(f) при питании от источника напряжения и источника тока.

6.6 Ответы на контрольные вопросы (по заданию преподавателя).

6.7 Выводы по работе (сравнить характеристики параллельного колебательного контура при различных режимах работы).

7 Контрольные вопросы

7.1 Как надо изменить схему включения параллельного колебательного контура, чтобы он начал обладать избирательностью по напряжению?

7.2 Поясните, как изменяется ток параллельного колебательного контура при питании от источника напряжения и почему.

7.3 Нарисуйте входную АЧХ параллельного колебательного контура.

7.4 Как изменяется ток параллельного колебательного контура, если контур питается от источника тока?

7.5 Как найти входное сопротивление параллельного колебательного контура:

а) при резонансе; б) при расстройке?

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. 237 – 245.

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

Лабораторная работа № 9

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 Следующая ⇒