 |
Описание лабораторной установки
|
|
|
|
Лабораторная установка состоит из лабораторного модуля (рис. 5.10) и генераторно-измерительного модуля (рис. 5.11).
Рис. 5.10. Лабораторный модуль
Рис. 5.11. Генераторно-измерительный модуль
Функциональные схемы последовательного и параллельного колебательных контуров приведены на рис. 5.12.
Рис. 5.12. Функциональные схемы последовательного и параллельного колебательных контуров
Номиналы входящих в состав цепей элементов:
· индуктивность 
;
· емкость 
;
· вносимое в последовательный контур сопротивление 
и 
;
· вносимое в параллельный контур сопротивление 
и 
.
Соединение элементов в схеме осуществляется с помощью соединительных проводов, а также с использованием коммутационных полей.
В качестве генератора гармонического напряжения используется генератор НЧ со встроенным индикатором частоты генераторно-измерительного блока. Для подключения генератора к исследуемой схеме последовательного колебательного контура используется выход G1 (-20 дБ) для последовательного колебательного контура и G2 (0 дБ) - для параллельного. Для первого случая характерны амплитуды гармонического напряжения от 0 до 0,1 В и внутреннее сопротивление генератора 
, а для второго - амплитуды гармонического напряжения от 0 до 5 В и внутреннее сопротивление генератора 
. Частоту гармонического напряжения на выходе генератора регулируйте ручками «Частота - грубо» и «Частота - точно», подключаясь к одному из четырех поддиапазонов: 1) 200 Гц – 1 кГц; 2) 1 кГц – 5 кГц; 3) 5 кГц – 25 кГц; 4) 25 кГц – 125 кГц. Амплитуду напряжения на выходе генератора регулируйте ручкой 
.
Для контроля напряжения на емкости последовательного колебательного контура используйте встроенный ампервольтметр. С этой целью используйте режим работы прибора в качестве вольтметра с пределом измерения 2 В и внутренним сопротивлением 
.
|
|
|
Лабораторное задание
1. Исследование последовательного колебательного контура.
· Подготовить измерительные приборы к работе включить их и дать им прогреться в течение 5 - 10 мин. Установить выходное напряжение генератора, близкое к 100 мВ, использовать третий частотный поддиапазон (5 кГц – 25 кГц).
· Смонтировать на лабораторном модуле последовательный колебательный контур, присоединить к нему измерительные приборы согласно рис. 5.12, а. Использовать в качестве вносимого сопротивления . Вращая ручку «Частота – грубо» определить приближенное значение резонансной частоты по максимуму показаний ампервольтметра. Осуществить подстройку резонансной частоты ручкой «Частота - точно». С помощью ручки регулировки генератора установить резонансное напряжение на конденсаторе, равное 1 В.
· Снять и построить нормированную амплитудно-частотную характеристику последовательного колебательного контура (выходное напряжение снимается с конденсатора).
· При снятии нормированной АЧХ необходимо для начала выставить такое значение частоты на генераторе, меньшее резонансной частоты, при котором показание ампервольтметра составит 100 мВ. Зафиксировать данное значение в таблице. После этого плавно увеличивать частоту, выставляя значения напряжения на конденсаторе, указанные в таблице 5.1 и фиксировать, соответствующие им значения частоты.
Таблица 5.1. Результаты измерения нормированной АЧХ последовательного колебательного контура
| |||||||||
| … | … | |||||||
| 0,1 | 0,2 | 0,3 | … | 1,0 | … | 0,3 | 0,2 | 0,1 |
· По графикам АЧХ определить ширину полосы пропускания колебательного контура по уровню 0,707. Произвести расчет добротности, характеристического сопротивления и сопротивления потерь колебательного контура, а также параметров катушки индуктивности (индуктивность, сопротивление потерь, добротность):
|
|
|
- Резонансная частота:
- Нижняя граница полосы пропускания:
- Верхняя граница полосы пропускания:
- Ширина полосы пропускания:
- Добротность контура:
- Индуктивность катушки индуктивности:
- Характеристическое сопротивление контура:
- Сопротивление потерь контура:
- Эквивалентное сопротивление вольтметра:
- Сопротивление потерь катушки индуктивности:
- Добротность катушки индуктивности на резонансной частоте:
· Проделать те же измерения и вычисления для случая .
· Сделать вывод о влиянии сопротивления потерь, вносимого в контур, на свойства контура (резонансная частота, ширина полосы пропускания, добротность) и параметры катушки индуктивности (индуктивность, сопротивление потерь, добротность).
2. Исследование параллельного колебательного контура.
· Смонтировать на лабораторном модуле параллельный колебательный контур, присоединить к нему измерительные приборы согласно рис. 5.12, б. Использовать в качестве вносимого сопротивления . Вращая ручку «Частота – грубо» определить приближенное значение резонансной частоты по максимуму показаний ампервольтметра. Осуществить подстройку резонансной частоты ручкой «Частота - точно». С помощью ручки регулировки генератора установить резонансное напряжение на конденсаторе, равное 1 В.
· Снять и построить нормированную амплитудно-частотную характеристику параллельного колебательного контура (выходное напряжение снимается с конденсатора). При измерении нормированной АЧХ использовать методику, описанную в п.1.
· По графикам АЧХ определить ширину полосы пропускания колебательного контура по уровню 0,707. Произвести расчет добротности, характеристического сопротивления и проводимости потерь колебательного контура, а также параметров катушки индуктивности (индуктивность, сопротивление потерь, добротность):
- Резонансная частота:
- Нижняя граница полосы пропускания:
- Верхняя граница полосы пропускания:
- Ширина полосы пропускания:
- Добротность контура:
- Индуктивность катушки индуктивности:
|
|
|
- Характеристическая проводимость контура:
- Проводимость потерь контура:
- Эквивалентная проводимость потерь катушки индуктивности:
- Сопротивление потерь катушки индуктивности:
- Добротность катушки индуктивности на резонансной частоте:
· Проделать те же измерения и вычисления для случая .
· Сделать вывод о влиянии проводимости потерь, вносимой в контур, на свойства контура (резонансная частота, ширина полосы пропускания, добротность) и параметры катушки индуктивности (индуктивность, сопротивление потерь, добротность).
Содержание отчета
1. Цель работы.
2. Функциональные схемы лабораторной установки для исследования последовательного и параллельного контуров.
3. Результаты экспериментального исследования (таблицы и графики).
4. Результаты обработки экспериментальных данных.
5. Сводная таблица.
6. Выводы.
5.5. Контрольные вопросы
1. Что такое колебательный контур?
2. В чем состоит явление резонанса?
3. Какой колебательный контур называется последовательным?
4. Как проявляется резонанс в последовательном колебательном контуре?
5. Почему резонанс в последовательном колебательном контуре называется резонансом напряжений?
6. Постройте векторную диаграмму тока и напряжений последовательного колебательного контура при резонансе.
7. Постройте векторную диаграмму тока и напряжений последовательного колебательного контура для частоты ниже резонансной.
8. Постройте векторную диаграмму тока и напряжений последовательного колебательного контура для частоты выше резонансной.
9. Каково условие наступления резонанса в последовательном колебательном контуре?
10. Дайте определение резонансной частоты. По какой формуле она может быть вычислена?
11. Дайте определение характеристического сопротивления последовательного колебательного контура. По каким формулам оно может быть вычислено?
12. Что является источником потерь в колебательном контуре?
13. Дайте определение добротности колебательного контура. Приведите формулу для вычисления добротности последовательного колебательного контура.
|
|
|
14. Какой колебательный контур называется параллельным?
15. Как проявляется резонанс в параллельном колебательном контуре?
16. Почему резонанс в параллельном колебательном контуре называется резонансом токов?
17. Постройте векторную диаграмму токов и напряжения параллельного колебательного контура при резонансе.
18. Постройте векторную диаграмму токов и напряжения параллельного колебательного контура для частоты ниже резонансной.
19. Постройте векторную диаграмму токов и напряжения параллельного колебательного контура для частоты выше резонансной.
20. Каково условие наступления резонанса в параллельном колебательном контуре?
21. Дайте определение характеристической проводимости параллельного колебательного контура. По каким формулам она может быть вычислена?
22. Дайте определение добротности колебательного контура. Приведите формулу для вычисления добротности параллельного колебательного контура.
23. Дайте определение полосы пропускания колебательного контура. Как связаны ширина полосы пропускания и добротность колебательного контура?
24. Приведите формулы для вычисления ширины полосы пропускания последовательного и параллельного колебательных контуров.
25. Какой колебательный контур называется нагруженным? Как соотносятся добротность и ширина полосы пропускания для нагруженного и ненагруженного колебательных контуров?
26. Что понимают под обобщенными частотными характеристиками последовательного и параллельного колебательных контуров? Приведите графики обобщенных АЧХ и ФЧХ.
27. Дайте определение нормированной частоты, относительной и обобщенной расстроек частоты. Какие значения принимает обобщенная расстройка частоты на границах полосы пропускания колебательного контура?
28. В чем состоят свойства арифметической и геометрической симметрий колебательных контуров?
[1] Как будет показано дальше, при больших значениях добротности колебательного контура любая частота в пределах рабочего диапазона частот контура практически не отличается от резонансной частоты, а значит можно пользоваться приближенным выражением для относительной расстройки контура вида:
.
|
|
|
