ПОЛУЧЕНИЕ ПЕРИОДИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

ПОЛУЧЕНИЕ ПЕРИОДИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

НЕГАРМОНИЧЕСКОЙ ФОРМЫ

Цель работы: научиться получать сигналы негармонической формы и исследовать влияние составляющих негармонического сигнала на его форму.

Домашнее задание

1 Изучите по [1], [2] тему «Цепи при периодическом негармоническом воздействии».

2 Подготовьте бланк отчета.

3 Подготовьте ответы на вопросы для самопроверки.

4 Сложите на временной диаграмме гармоники с частотами f₁и 2f₁ для двух случаев:

а) фазы гармоник φ ₁=φ ₂=0;

б) фазы гармоник φ ₁=0, φ ₂=90°;

5 Сложите на временной диаграмме в масштабе гармоники напряжения

u₁=Um₁sin ω t и u₃=Um₃sin 3ω t, где Um₁ равно номеру записи студента в журнале плюс 10. Um₃ равно номеру записи студента в журнале.

Вопросы для самопроверки

1 Сигнал какой формы называют словом «гармоника»?

2 Как получить сигнал несинусоидальной формы?

3 Что значит разложить функцию в ряд Фурье?

4 Запишите первую и вторую форму ряда Фурье.

5 Запишите ряд Фурье, если кривая тока обладает симметрией относительно оси «ОХ».

6 Запишите ряд Фурье, если кривая напряжения обладает симметрией относительно оси «ОY».

7 Что называется спектром сигнала?

8 Какой спектр имеет периодический сигнал, непериодический сигнал?

9 Поясните, какой метод расчета применяют для анализа цепей при негармоническом воздействии.

Приборы и оборудование

1 Лабораторный стенд ЛКТЦ.

2 Соединительные провода (1 шт.).

Порядок выполнения работы

1 Проверка подготовки студентов к лабораторной работе по вопросам для самопроверки.

2 Подготовка лабораторной установки к работе, получение инструктажа по технике безопасности.

2.1 Ознакомиться с блоками, которые используются в данной работе (умножитель частоты, генератор Г3, осциллограф).

2.2 Внешним проводником соединить гнездо «ВХОД 2-ого КАНАЛА» блока «ЭК» с гнездом «ВЫХОД ПЕРВОЙ ГАРМОНИКИ» на блоке «УМНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ».

2.3 Поставить переключатели в следующие позиции:

– на блоке Г1 тумблер в положение «ВНУТР»;

– на блоке Г2 переключатель формы сигнала в третью позицию ( );

– на блоке Г3 тумблеры в положения «НОРМ» и «1В»;

– на блоке «УМНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ» все тумблеры в положение «ВЫКЛ», а все регуляторы повернуть против часовой стрелки до отказа;

– на блоке «ЭК» тумблер «КАНАЛ» установите в среднее положение;

– ослабление обоих каналов в положение 1: 10;

– тумблеры синхронизации: «1-ый КАНАЛ» и «ВХОД Х» в положения «ВНУТР».

2.4 Пригласите преподавателя проверить собранную цепь.

2.5 Включите тумблеры в следующей последовательности: «СЕТЬ», «ГЕНЕРАТОР», «КОММУТАТОР-ОСЦИЛЛОГРАФ», «УМНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ».

3 Исследуйте составляющие негармонического сигнала, для этого:

3.1 С помощью регуляторов «УСИЛЕНИЕ Х», «РАЗВЕРТКА», «УСИЛЕНИЕ 1-ого КАНАЛА», «РАСХОЖДЕНИЕ», «↔ », «↕ » установите в верхней части экрана изображение опорного сигнала, который подан на 1-ый канал – это должна быть синусоида размахом в 3 клетки длительностью 2-го периода.

3.2 Чтобы получить изображение 1-ой гармоники на втором канале в нижней части экрана, надо повернуть ручку регулятора 1-ой гармоники по часовой стрелке, а затем теми же регуляторами что и в п. 3.1 (только использовать регулятор «УСИЛЕНИЕ 2-го КАНАЛА»), установить на втором канале такой же сигнал, как в п. 3.1. Убедитесь, что оба сигнала, опорный и первой гармоники, имеют одинаковую частоту.

3.3 Зарисуйте полученные изображения в одних осях координат, разместив осциллограммы одна под другой.

3.4 На вход 2-ого канала подайте сигнал 2-ой гармоники. Для этого перенесите проводник из гнезда «ВЫХОД ПЕРВОЙ ГАРМОНИКИ» в гнездо «ВЫХОД ВТОРОЙ ГАРМОНИКИ». Поверните ручку регулятора 2-ой гармоники по часовой стрелке, а затем с помощью регуляторов, используемых в п. 3.2, установите на экране изображение 2-ой гармоники. Убедитесь, что на вход 2-ого канала подано напряжение с частотой 2f₁ (период сигнала стал в 2 раза меньше).

3.5 Зарисуйте осциллограмму сигнала с частотой 2f₁ под предыдущими осциллограммами.

3.6 Повторите п. 3.4 и п. 3.5 для третьей гармоники.

4 Исследуйте влияние составляющих негармонического сигнала на его форму. Для этого:

4.1 Произведите сложение сигналов с частотами f₁ и 2f₁, т.е. 1-ой и 2-ой гармоник. Тумблер «КАНАЛ» на блоке «ЭК» переведите в правое положение (2-ой канал). Проводник с «ВЫХОД 3-ей ГАРМОНИКИ» перенесите на выходное гнездо сумматора (∑ ). На блоке «УМНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ» включите тумблер 1-ой гармоники и регулятором «АМПЛИТУДА 1-ой ГАРМОНИКИ» и регулятором сумматора установите синусоиду с размахом 4 клетки. Включите тумблер 2-ой гармоники и убедитесь, что, изменяя амплитуду и фазу этой гармоники, можно изменять и форму негармонического (суммарного) сигнала. Зарисуйте одну из полученных осциллограмм (по вашему выбору).

4.2 Повторите п. 4.1 для сложения поочередно следующих гармоник:

а) 1-ой и 3-ей;

б) 2-ой и 3-ей;

в) 1-ой, 2-ой и 3-ей.

5 После снятия данных и представления их преподавателю выключить стенд в следующем порядке: «УМНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ», «КОММУТАТОР-ОСЦИЛЛОГРАФ», «ГЕНЕРАТОР», «СЕТЬ»

Содержание отчета

1 Наименование и цель работы.

2 Выполненное домашнее задание.

3 Осциллограммы отдельных гармонических составляющих и суммарных (негармонических) сигналов.

4 Ответы на контрольные вопросы (по указанию преподавателя).

5 Выводы по работе.

Контрольные вопросы

1 Дайте определение нулевой, первой и высших гармоник.

2 Токи каких частот хорошо пропускает катушка индуктивности и почему?

3 Токи каких частот хорошо пропускает конденсатор и почему?

4 Постройте спектр сигнала i=4+24sinω t+16sin2ω t+8sin6ω t.

5 Чему равно сопротивление катушки индуктивности и конденсатора постоянному току?

6 Запишите формулу индуктивного и емкостного сопротивления для 5-ой гармоники, для «k»-ой гармоники.

7 Как влияет на форму тока катушка индуктивности при негармоническом воздействии?

8 Как влияет на форму тока конденсатор при негармоническом воздействии?

9 Какой спектр имеет гармонический сигнал?

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Возьмем два тока i₁=Im₁sinω t и i₃=Im₃sinω t и сложим их на временной диаграмме.

Из рисунка 7.1 видно, что при сложении нескольких синусоидальных сигналов кратных частот получается периодический, но несинусоидальный сигнал. Справедливо и обратное: любой периодический сигнал негармонической формы можно представить как сумму синусоидальных сигналов кратных частот. Такое представление называется разложением функции в ряд Фурье.

Рисунок 7.1 – Сложение первой и третьей гармоник

Синусоиды, входящие в ряд, называются гармоники:

u=U₀+Um₁sin(ω t+ψ ₁)+Um₂sin(2ω t+ ψ ₂)+…+Um_ksin(kω t+ ψ _k)+…,

где k – целое число;

U₀ – постоянная составляющая;

Um₁sin(ω t+ ψ ₁) – первая или основная гармоника.

Остальные составляющие ряда – высшие гармоники.

Расчет электрических цепей при негармоническом воздействии производят методом наложения, т.е. каждая гармоника тока рассчитывается отдельно, а затем получают общее уравнение тока как сумму токов отдельных гармоник.

Надо учитывать, что индуктивное сопротивление с ростом частоты увеличивается и для k-ой гармоники X_Lk=kω L=kX_L₁, а емкостное сопротивление с ростом частоты уменьшается и для k-ой гармоники X_С_k=1/kω С=X_С1/k.

На рисунке 7.2 показана схема внутреннего соединения умножителя частоты.

е₁, е₂, е₃ – генераторы гармонических колебаний соответственно частот f₁, f₂=2f₁, f₃=3f₁.

Для исследования формы отдельных гармонических составляющих сигнал снимается с соответствующих выходов при разомкнутых тумблерах S₁, S₂, S₃, S₄.

При суммировании напряжений различных сигналов результирующий сигнал снимается с выхода сумматора при замыкании тумблеров S₁, S₂, S₃ в нужном сочетании.

Рисунок 7.2 – Умножитель частоты и сумматор

Литература

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

2 Добротворский, И. Н. Теория электрических цепей / И. Н. Добротворский. – М.: Радио и связь, 1989. – С. 292 – 323.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8

Вопросы для самопроверки

1 Дайте определение последовательного колебательного контура.

2 Дайте определение резонанса.

3 Чему равен угол φ в момент резонанса напряжений?

4 Чему равно входное сопротивление последовательного колебательного контура в момент резонанса напряжений?

5 Запишите формулу входной АЧХ последовательного колебательного контура и нарисуйте ее график.

6 Дайте определение расстройки, запишите формулы расстроек.

7 Запишите формулу резонансной частоты.

8 Дайте определение и запишите формулу характеристического сопротивления.

9 Почему явление называется резонанс напряжений?

10 Нарисуйте векторную диаграмму напряжений в момент резонанса напряжений.

Приборы и оборудование

1 Лабораторный стенд ЛКТЦ.

2 Соединительные провода (10 шт.).

Порядок выполнения работы

1 Проверка подготовки студентов к лабораторной работе по вопросам для самопроверки.

2 Подготовка лабораторной установки к работе, получение инструктажа по технике безопасности.

2.1 Ознакомление с элементами, из которых собирают исследуемую цепь (рисунок 8.1): генератором на блоке Г3, вольтметрами V2 и V3, элементами R_А, R_Ш3, R_В, L_А, C_А, фазометром, осциллографом.

2.2 Собрать электрическую цепь по схеме (рисунок 8.1). Обозначение пунктир (---) означает, что у данных устройств вторая клемма уже заземлена и ее дополнительно заземлять не надо (V2, V3), V1 подключен к Г3 уже в стенде.

Рисунок 8.1 – Схема исследуемого колебательного контура

2.3 Поставьте переключатели в следующие позиции:

– на блоке Г1 тумблер в положение «ВНУТР», переключатель диапазонов в позицию 2…20 кГц, регулятор частоты до отказа против часовой стрелки;

– на блоке Г2 переключатель формы сигнала в положение «f var » (крайняя позиция слева);

– на блоке Г3 тумблеры в положения «НОРМ» и «10 В».

– на блоке «V3-φ » переключатель в положение φ, тумблер напряжения в положение «1 В».

2.4 Пригласите преподавателя проверить собранную цепь.

2.5 Включить тумблеры в следующей последовательности: «СЕТЬ», «ГЕНЕРАТОР», «V2», «V3-φ ».

3 Произведите исследования последовательного колебательного контура в момент резонанса и при расстройке. Для этого:

3.1 На блоке генератора Г3 ручкой регулировки напряжения установите по верхней шкале вольтметра PV1 напряжение на входе цепи 2 В.

ВНИМАНИЕ! При дальнейших опытах поддерживайте это значение напряжения неизменным на различных частотах и при различных сопротивлениях.

3.2 На блоке генератора Г1, изменяя частоту ручкой «ПЛАВНО», отыщите резонансную частоту. Определите момент резонанса, следя за показаниями фазометра. Угол «φ » в момент резонанса должен быть близок к «0».

3.3 Запишите в таблицу 8.1 значение резонансной частоты f₀ (соответствует строке «4», где φ =0).

3.4 Запишите показания вольтметра PV2. Это будет U_ВЫХ.

Таблица 8.1 – Экспериментальные и расчетные данные исследования последовательного колебательного контура

R_А=100 Ом

R_В=500 Ом

Из опыта

Вычисления

Из опыта

Вычисления

№ п/п

f, кГц

φ, град

U₃, мВ

U₂, В

I, мА

К/К₀

f, кГц

φ, град

U₃, мВ

U₂, В

I, мА

К/К₀

Продолжение таблицы 8.1

f₀

3.5 Переключатель на блоке фазометра переведите в положение «V3» и запишите в таблицу 8.1 полученное значение напряжения на PV3, которое будет соответствовать напряжению на R_Ш3.

3.6 Переключатель на блоке фазометра вновь переведите в положение «φ ».

3.7 Повторите измерения согласно пунктам 3.2 − 3.6 для всех остальных значений угла φ таблицы 8.1. Для этого: изменяя частоту ручкой «ПЛАВНО», установите на фазометре угол 45º, затем 60º, затем 75º. Значения частоты должны быть меньше резонансной f₀ (что соответствует емкостному характеру сопротивления контура). Затем установите те же углы: 45º, 60º, 75º, но уже для частот больших резонансной f₀ (что соответствует индуктивному характеру сопротивления контура).

3.8 Вместо резистора R_А установите резистор R_В=500 Ом и повторите пункты 3.1 − 3.7.

Внимание! Убедитесь, что при разных сопротивлениях R_А=100 Ом и R_В=500 Ом резонанс наступает на одной и той же частоте.

3.9 По результатам измерений рассчитайте ток , коэффициент передачи и К/К₀, где К₀− коэффициент передачи на резонансной частоте.

3.10 Расчетные данные занесите в таблицу 8.1.

3.11 По результатам измерений и вычислений постройте в одной системе координат графики К/К₀=F(f) для двух значений сопротивлений R_А=100 Ом и R_В=500 Ом.

3.12 На построенных графиках покажите полосу пропускания контура для двух значений сопротивлений и рассчитайте ее через граничные частоты.

4 После снятия данных и представления их преподавателю, выключить стенд в следующем порядке: «V2», «V3-φ », «ГЕНЕРАТОР», «СЕТЬ»

Содержание отчета

1 Наименование и цель работы.

2 Выполненное домашнее задание.

3 Схема исследования (рисунок 8.1).

4 Заполненная таблица измерений и вычислений (таблица 8.1).

5 Расчетные формулы.

6 Графики К/К₀=F(f) для двух значений сопротивлений.

7 Значения полосы пропускания для двух значений сопротивлений.

8 Ответы на контрольные вопросы (по указанию преподавателя).

9 Выводы по работе.

Контрольные вопросы

1 Как определить момент резонанса напряжений по показаниям вольтметров PV2 и PV3?

2 Запишите условие, при котором в последовательном колебательном контуре возникает резонанс напряжений.

3 Какой по величине ток течет в момент резонанса напряжений и почему?

4 Дайте определение полосы пропускания последовательного колебательного контура, запишите ее формулу.

5 Запишите формулу передаточной АЧХ последовательного колебательного контура в абсолютных и относительных координатах..

6 Что показывает добротность в последовательном колебательном контуре?

7 Поясните энергетический процесс в последовательном колебательном контуре.

8 Как можно настроить последовательный колебательный контур в резонанс?

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Резонанс – это такое состояние цепи, когда напряжение и ток на входе цепи совпадают по фазе φ =0. На рисунке 8.2 изображен последовательный колебательный контур.

Рисунок 8.2 – Последовательный колебательный контур

В последовательном колебательном контуре может наступить резонанс напряжений при условии X_L=X_C – индуктивное сопротивление равно емкостному. При этом входное сопротивление контура обозначается Zвх₀=R, оно минимально. Тогда ток цепи будет максимальным. Максимальными являются и напряжения на катушке и конденсаторе.

Если рассмотреть входную ФЧХ последовательного колебательного контура, φ _Z_вх=arctg ξ то видно, что на частотах, ни-

же резонансной (ξ отрицательна, φ – отрицательный), цепь носит емкостной характер, а на частотах выше резонансной (ξ положительна, φ – положителен) цепь носит индуктивный характер

Формула передаточной АЧХ последовательного колебательного контура в абсолютных координатах

и она имеет вид

а в относительных координатах

Полоса пропускания П определяется по построенной характеристике К/К₀ на уровне 0, 707.

Литература

1 Добротворский, И.Н. Теория электрических цепей / И. Н. Добротворский. – М.: Радио и связь, 1989. – С. 218 – 226.

2 Шинаков, Ю.С. Основы радиотехники / Ю. С. Шинаков, Ю. М. Колодяжный. – М.: Радио и связь, 1983. – С. 101 – 107.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9

Вопросы для самопроверки

1 Дайте определение параллельного колебательного контура.

2 Какой резонанс возникает в параллельном колебательном контуре?

3 Чему равен угол φ в момент резонанса токов?

4 Поясните, почему резонанс в параллельном колебательном контуре называют резонанс токов?

5 Что такое избирательность?

6 При каких условиях параллельный контур обладает избирательностью по току? По напряжению?

7 Нарисуйте графики входного напряжения и тока параллельного колебательного контура в зависимости от частоты f при питании от источника напряжения с малым внутренним сопротивлением.

8 Нарисуйте графики входного напряжения и тока параллельного колебательного контура в зависимости от частоты f при питании от источника тока.

9 Запишите формулу эквивалентной добротности параллельного колебательного контура.

10 Поясните, как влияет величина внутреннего сопротивления источника на величину эквивалентной добротности и полосу пропускания параллельного колебательного контура?

Приборы и оборудование

1 Лабораторный стенд ЛКТЦ.

2 Соединительные провода (8 шт.).

Порядок выполнения работы

1 Проверка подготовки студентов к лабораторной работе по вопросам для самопроверки.

2 Подготовка лабораторной установки к работе, получение инструктажа по технике безопасности.

2.1 Ознакомиться с элементами, из которых собирают исследуемую цепь (рисунки 9.1 и 9.2): генератором на блоке Г3, вольтметрами V2 и V3, элементами R_Ш3, R_S_’, R_Д, L_В, C_В.

2.2 Собрать электрическую цепь по схеме (рисунок 9.1). Обозначение пунктир (---) означает, что у данных устройств вторая клемма уже заземлена и ее дополнительно заземлять не надо (V2, V3), V1 подключен к Г3 уже на стенде.

Рисунок 9.1 – Схема для исследования параллельного колебательного контура при питании от источника напряжения

2.3 Поставьте переключатели в следующие позиции:

– на блоке Г1 тумблер в положение «ВНУТР».

– на блоке Г1 переключатель диапазонов в позицию 2 – 20 кГц, регулятор частоты до отказа против часовой стрелки.

– на блоке Г2 переключатель формы сигнала в положение «f var » (крайняя позиция слева).

– на блоке Г3 тумблеры в положения «НОРМ» и «10 В».

– на блоке «V3-φ » переключатель в положение V3, тумблер напряжения в положение «10 В».

2.4 Пригласите преподавателя проверить собранную цепь.

2.5 Включить тумблеры в следующей последовательности: «СЕТЬ», «ГЕНЕРАТОР», «V2», «V3-φ ».

3 Произведите исследования параллельного колебательного контура при питании от источника напряжения с малым внутренним сопротивлением. Для этого:

3.1 На блоке генератора Г3 ручкой регулировки напряжения установите по верхней шкале вольтметра PV1 напряжение на входе цепи 3 В.

ВНИМАНИЕ! При дальнейших опытах поддерживайте это значение напряжения неизменным на всех исследуемых частотах.

3.2 На блоке генератора Г1 медленно увеличивайте частоту генератора. По мере приближения к резонансной частоте сопротивление параллельного колебательного контура возрастает, значит, ток в неразветвленной части цепи и, следовательно, показания PV2 уменьшаются. Резонансная частота f₀ соответствует минимальному показанию прибора PV2.

3.3 Занести значение f₀ в таблицу 9.1 в строку 4.

3.4 Запишите показания приборов PV2 и PV3 на найденной частоте f₀.

3.5 Плавно изменяя частоту генератора в разные стороны от резонансной частоты на f=1 кГц, снимите показания приборов PV2 и PV3 для остальных значений частот и запишите эти показания в таблицу 9.1.

Внимание! Убедитесь, что выходное напряжение контура, равное показанию прибора PV3, практически остается неизменным.

3.6 Для каждого значения частоты рассчитайте ток цепи и входное сопротивление .

Таблица 9.1 – Экспериментальные и расчетные данные к схеме рисунка 9.1

	Результаты измерений	Результаты вычислений
№ п/п		f, кГц	U₂ (U_R_ш2), мВ	U₃ (U_ВЫХ), В	I, мА	Z_ВХ, кОм
	f₀-3 кГц
	f₀-2 кГц
	f₀-1 кГц
	f₀
	f₀+1 кГц
	f₀+2 кГц
	f₀+3 кГц

3.7 Постройте графики зависимостей I=F(f), U_ВЫХ=F(f), Z_ВХ=F(f).

4 Произведите исследования параллельного колебательного контура при питании от источника тока. Для этого:

4.1Соберите электрическую цепь по схеме (рисунок 9.2). Внимание!

4.1.1 Включите дополнительно в собранную ранее схему (рисунок 9.1) большое сопротивление R_S_’=100 кОм. При таком включении в цепи окажется режим, близкий к режиму источника тока.

i. Вместо R_Ш2=100 Ом, включите резистор R_Д=1 кОм.

ii. Поставьте тумблер на блоке «V3-φ » в положение «1В».

3 Пригласите преподавателя проверить собранную цепь.

4 Включите тумблеры в следующей последовательности: «СЕТЬ», «ГЕНЕРАТОР», «V2», «V3-φ ».

Рисунок 9.2 – Схема для исследования параллельного

колебательного контура при питании от источника тока

5 На блоке генератора Г3 ручкой регулировки напряжения установите по верхней шкале вольтметра PV1 напряжение на входе цепи 3 В.

6 Плавно изменяя частоту генератора, определите резонансную частоту. По мере приближения к моменту резонанса напряжение на приборе PV3 возрастает и на резонансной частоте будет максимальным.

7 Запишите значение f₀ в таблицу 9.2 в строку 4.

8 Запишите показания приборов PV2 и PV3 на найденной частоте f₀.

9 Плавно изменяя частоту генератора в разные стороны от резонансной частоты на f=1 кГц, снимите показания приборов PV2 и PV3 для остальных значений частот и запишите эти показания в таблицу 9.2.

Внимание! Убедитесь, что показание прибора PV2 (оно пропорционально току цепи) практически остается неизменным.

10 Для каждого значения частоты рассчитайте ток цепи и отношение , где U_{ВЫХ 0} – это значение напряжения в момент резонанса.

Таблица 9.2 – Экспериментальные и расчетные данные к схеме рисунка 9.2

	Результаты измерений	Результаты вычислений
№ п/п		f, кГц	U₂ (U_R_д), мВ	U₃ (U_ВЫХ), В	I, мА
	f₀-3 кГц
	f₀-2 кГц
	f₀-1 кГц
	f₀
	f₀+1 кГц
	f₀+2 кГц
	f₀+3 кГц

11 Постройте графики зависимостей I=F(f), =F(f).

12 На графике покажите полосу пропускания контура и рассчитайте ее через граничные частоты.

Содержание отчета

1 Наименование и цель работы.

2 Выполненное домашнее задание.

3 Схема исследования (рисунки 9.1, 9.2).

4 Заполненные таблицы измерений и вычислений (таблицы 9.1, 9.2).

5 Расчетные формулы.

6 Графики I=F(f), U_ВЫХ =F(f), Z_ВХ = F(f) по данным таблицы 9.1.

7 Графики I=F(f), =F(f) по данным таблицы 9.2 и рассчитанную полосу пропускания.

8 Ответы на контрольные вопросы (по указанию преподавателя).

9 Выводы по работе.

Контрольные вопросы

1 Запишите условие резонанса токов словами и формулой.

2 Запишите формулы и нарисуйте входные АЧХ последовательного и параллельного колебательных контуров.

3 Что показывает добротность в параллельном колебательном контуре?

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

5 Какой по величине ток течет в параллельном колебательном контуре в момент резонанса токов и почему?

6 Для чего применяют контуры 2-ого и 3-его видов? Нарисуйте их схемы.

7 Поясните, как можно настроить параллельный колебательный контур в резонанс?

8 Поясните энергетический процесс в момент резонанса токов.

9 Дайте определение и запишите формулу полосы пропускания параллельного колебательного контура.

10 Напишите формулу и нарисуйте график входной ФЧХ параллельного колебательного контура.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

В параллельном колебательном контуре возникает резонанс токов при условии b_L=b_C – индуктивная проводимость равна емкостной проводимости. В момент резонанса токов входное сопротивление контура максимально и равно Z_{ВХ 0}=Qρ. Значит, ток в неразветвленной части цепи будет минимальным.

Если параллельный контур питается от источника напряжения с малым внутренним сопротивлением (рисунок 9.3), то он обладает избирательностью по току, но не обладает избирательностью по напряжению, что видно из графиков (рисунок 9.4).

Рисунок 9.3 – Схема параллельного колебательного контура при питании от источника напряжения

Рисунок 9.4 – Графики выходного напряжения и тока параллельного колебательного контура при питании

от источника напряжения

Чтобы напряжение на выходе контура изменялось в зависимости от частоты входного сигнала, необходимо иметь цепь, в которой ток во входной цепи остается практически неизменным при изменении частоты воздействующего напряжения. Для получения такого режима последовательно с источником включают очень большое сопротивление R_i=(3…8)Z_{ВХ 0}. Получается источник, который работает как источник тока (рисунок 9.5).

Рисунок 9.5 – Схема параллельного колебательного контура при питании от источника тока

В такой цепи напряжение на контуре будет изменяться аналогично изменению входного сопротивления контура (рисунок 9.6).

Рисунок 9.6 – Графики выходного напряжения и тока

параллельного колебательного контура при питании

от источника тока.

Литература

1 Добротворский, И. Н. Теория электрических цепей / И. Н. Добротворский. – М.: Радио и связь, 1989. – С. 237 – 247.

2 Шинаков, Ю. С. Основы радиотехники / Ю. С. Шинаков, Ю. М. Колодяжный, – М.: Радио и связь, 1983. – С. 101 – 107.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10

Вопросы для самопроверки

1 Поясните какую цепь называют цепью первого порядка?

2 Поясните в чем разница между установившимся и переходным процессом?

3 Сформулируйте первый закон коммутации.

4 Сформулируйте второй закон коммутации.

5 Поясните физическую сущность законов коммутации.

6 Поясните физический смысл постоянной времени RL электрической цепи при коротком замыкании цепи и включении цепи на постоянное напряжение.

7 Поясните физический смысл постоянной времени RC электрической цепи при разряде и заряде конденсатора.

8 Укажите порядок расчета переходного процесса классическим методом.

9 Что понимают под принужденной и свободной составляющей? Какими способами они рассчитываются?

10 Изменяется ли время переходного процесса при заряде конденсатора, если заряд будет происходить от источника с большей величиной напряжения?

Приборы и оборудование

1 Лабораторный стенд ЛКТЦ.

2 Соединительные провода (6 шт.).

Порядок выполнения работы

1 Проверка подготовки студентов к лабораторной работе по вопросам для самопроверки.

2 Подготовка лабораторной установки к работе, получение инструктажа по технике безопасности.

2.1 Ознакомиться с элементами, из которых собирают исследуемую цепь (рисунки 10.2 а, 10.2 б, 10.2 в): генератором на блоке Г3, осциллографом, элементами Rм, С_А, Св, Lа.

2.2 Собрать электрическую цепь по схеме (рисунок 10.2 а).

а)

б)

в)

Рисунок 10.2 – Схемы исследуемых цепей

2.3 Поставьте переключатели в следующие позиции:

– на блоке Г1 тумблер в положение «ВНУТР»;

– на блоке Г2 переключатель формы сигнала в пятую позицию ;

– на блоке Г2 регуляторы «ПОДСТРОЙКА» в крайнее левое положение (поверните до отказа против часовой стрелки);

– на блоке Г3 тумблеры в положения «НОРМ» и «10В»;

– на блок «ЭК» тумблер «КАНАЛ» установите в среднее положение;

– ослабление обоих каналов в положение 1: 10;

– тумблеры синхронизации 1-ый канал и ВХОД «Х» в положение «ВНУТР».

2.4 Пригласите преподавателя проверить собранную цепь.

2.5 Включить тумблеры в следующей последовательности: «СЕТЬ», «ГЕНЕРАТОР», «КОММУТАТОР-ОСЦИЛЛОГРАФ».

3 На цепь подаются прямоугольные импульсы. Так как длительность импульсов больше постоянной времени цепи, т.е. переходной процесс оканчивается за время действия импульса, то можно считать, что во время подачи импульса идет заряд конденсатора, а во время отсутствия импульса – разряд конденсатора. Исследуйте переходные процессы, происходящие в цепи RC. Для этого:

3.1 На блоке генератора Г3 ручкой регулировки напряжения установите по верхней шкале вольтметра PV1 напряжение на входе цепи от 2В до 4В по вашему выбору.

3.2 С помощью регуляторов «УСИЛЕНИЕ» (Вх1), «УСИЛЕНИЕ» и «РАЗВЕРТКА» (Вход Х), «РАСХОЖДЕНИЕ», «↔ », «↨ » установите в верхней части экрана один импульс входного напряжения размахом в 3 клетки.

3.3 Установите сопротивление Rм равным 5120 Ом.

3.4 Ручкой «УСИЛЕНИЕ» второго канала (ВХ2) получите изображение выходного напряжения размахом в 3 клетки.

3.5 Проверьте правильно ли расположены изображения на экране осциллографа (входной сигнал сверху экрана, выходной под ним).

3.6 Зарисуйте входной и выходной сигналы.

3.7 Изменяя величину сопротивления Rм, выясните влияние сопротивления на длительность переходного процесса. Зарисуйте под изображением входного сигнала еще 3 изображения выходного сигнала для нескольких значений сопротивления Rм по вашему выбору.

3.8 Установите величину сопротивления Rм равным 1280 Ом. Подключайте параллельно конденсатору С_А конденсатор Св. Выясните влияние величины емкости на длительность переходного процесса. Зарисуйте три осциллограммы (одна под другой):

а) входной сигнал;

б) выходной сигнал, когда подключен только конденсатор С_А;

в) выходной сигнал, когда подключены конденсаторы С_А и Св параллельно.

4 Исследуйте переходные процессы, происходящие в цепи RL.

4.1 Соберите электрическую цепь по схеме (рисунок 10.2 б).

4.2 Пригласите преподавателя проверить собранную цепь.

4.3 Исследуйте изменение напряжения на индуктивности в переходном режиме. Для этого: повторите опыты по пунктам 3.1; 3.2; 3.3; 3.4; 3.5; 3.6; 3.7.

4.4 Соберите электрическую по схеме (рисунок 10.2 в).

4.5 Пригласите преподавателя проверить собранную цепь.

4.6 Исследуйте изменение тока в цепи с индуктивностью в переходном режиме. Для этого: повторите опыты по пунктам 3.1; 3.2; 3.3; 3.4; 3.5; 3.6; 3.7.

5 После снятия данных и представления их преподавателю, выключить стенд в следующем порядке: «КОММУТАТОР-ОСЦИЛЛОГРАФ», «ГЕНЕРАТОР», «СЕТЬ»

Содержание отчета

1 Наименование и цель работы.

2 Выполненное домашнее задание.

3 Схемы исследования (рисунки 10.2 а, 10.2 б, 10.2 в).

4 Осциллограммы входного сигнала и выходных сигналов для всех схем.

5 Ответы на контрольные вопросы (по указанию преподавателя).

6 Выводы по работе.

Контрольные вопросы

1 Поясните какой процесс называется установившимся? Переходным?

2 Что называется коммутацией?

3 Запишите формулы постоянных времени RL и RC-цепей.

12 3 4 Следующая ⇒