Аппаратное и программное обеспечение
5.1 Рабочая станция локальной сети (персональный компьютер).
5.2 Графический манипулятор мышь.
5.3 Программа Electronics Workbench 5.0.
6 ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
6.1 Проверка подготовки студентов к лабораторной работе по вопросам самопроверки.
6.2 Получить инструктаж по технике безопасности.
ВНИМАНИЕ! Аккуратно обращайтесь с персональным компьютером и его периферийными устройствами. Соблюдайте требования эргономики. Проверьте наличие заземления устройств.
6.3 Включить персональный компьютер, для этого:
6.3.1 Включить рабочую станцию компьютерной сети с помощью сетевого переключателя на системном блоке “Power”.
6.3.2 Наблюдать загрузку компьютера.
6.3.3 Набрать на клавиатуре цифру 1 – загрузка с локального диска.
6.3.4 Для входа в систему нажать Ctrl + Alt + Delete.
6.3.5 После появления окна “Вход в систему” нажать Enter.
6.3.6 Наблюдать выход компьютера в операционную среду Windows.
6.3.7 Два раза щёлкнуть манипулятором мышь на ярлык “Мой компьютер”.
6.3.8 Выбрать диск D: найти папку Work, затем папку EWB 512 (программа Electronics Workbench 5.0); открыть файл WEWB 32. Получить изображение стандартного окна программы.
6.4 Собрать схему проведения исследований (рис.8.1). Для этого из библиотек программы достать необходимые элементы. Необходимый элемент переносится 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.
Рис. 8.1 Схема исследования параллельного колебательного контура при питании от источника напряжения
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 формы).
6.4.1 Установить значения L, C, R согласно п.п.3.4 данного методического руководства. Чтобы установить значение элемента, надо два раза щёлкнуть 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.
6.4.2 Установить в вольтметрах и амперметре режим измерения переменного тока. Для чего щёлкнуть манипулятором мышь два раза на изображение элемента и в раскрывшемся окне выбрать режим (Mode) – АС (переменный ток).
6.5 Исследовать резонансные свойства параллельного колебательного контура при питании от источника напряжения.
6.5.1 Щёлкнуть два раза на изображение генератора. Установить режим генерации синусоидальных импульсов, нажав на изображение синусоидальных импульсов в раскрывшемся окне лицевой панели генератора.
6.5.2 Установить частоту (frequency) равной резонансной частоте данного контура (см.п.п.3.4 – fo), амплитуду (amplitude) 3В, 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.
6.5.3 Включить режим анализа схемы, щелкнув манипулятором мышь на изображение I включателя, расположенного в правом верхнем углу панели инструментов.
6.5.4 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 0 в правом верхнем углу окна.
6.5.5 Записать в табл. 8.1 значение резонансной частоты – fo, Uвх (входное напряжение) – показания вольтметра V1, Uвых (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
Uвх = В
| Результаты измерений | Результаты вычислений | |||
| f, кГц | Uвых, В | I, мкА | Zвх, кОм | Остальные величины |
| fo -3 кГц= | fгр1 = fгр2 = П = Q = | |||
| fo -2 кГц= | ||||
| fo -1 кГц= | ||||
| fo= | ||||
| fo +1 кГц= | ||||
| fo +2 кГц= | ||||
| fo +3 кГц= |
6.5.6 Изменяя частоту генератора в разные стороны от резонансной на f = 1 кГц, снять показания приборов V1, V2, A (Uвх, Uвых, I). Результаты измерений занести в табл. 8.1.
6.5.7 Для каждой частоты рассчитать модули входных сопротивлений контура Zвх = Uвх/I. Результаты вычислений занести в табл. 8.1.
Построить графики зависимостей I = F(f), Zвх = F(f), Uвых = F(f). Определить по графику граничные частоты и полосу пропускания. Рассчитать добротность параллельного колебательного контура.
6.6 Исследовать резонансные явления параллельного колебательного контура при питании от источника тока.
6.6.1 Собрать цепь, представленную на рис.8.2. Кроме сопротивления резистора R2=1 кОм, в цепь включается большое сопротивление R1=Ri =100 кОм. В такой цепи окажется режим близкий к режиму источника тока. При изменении частоты существенно меняется сопротивление контура. Ток в неразветвленной
цепи будет практически оставаться неизменным из-за большого сопротивления R.
Рис. 8.2 Схема исследования параллельного колебательного контура при питании от источника тока
6.6.2 Исследовать характеристики контура при питании от источника тока. Изменяя частоту в разные стороны от резонансной на f =1 кГц, аналогично п. 6.5.1…6.5.7 снять показания приборов и результаты измерений занести в табл. 8.2.
Таблица 8.2
Опытные и расчетные данные исследований схемы параллельного колебательного контура при питании от источника тока
Uвх = В
| Результаты измерений | Результаты вычислений | |||
| f, кГц | Uвых, В | I, мкА | Uвых/Uвых о | Остальные величины |
| fo -3 кГц= | fгр1 = fгр2 = П = Q = | |||
| fo -2 кГц= | ||||
| fo -1 кГц= | ||||
| fo = | ||||
| fo +1 кГц= | ||||
| fo +2 кГц= | ||||
| fo +3 кГц= |
6.6.3 Вычислить для каждой частоты отношение Uвых/Uвых о (Uвых о – значение выходного напряжения на резонансной частоте). Построить график зависимости Uвых/Uвых о = F(f). Определить по графику граничные частоты и полосу пропускания. Рассчитать добротность колебательного контура.
6.7 Показать результаты выполнения работы преподавателю.
6.8 Выключить оборудование.
6.9 Составить отчет по работе.
7 СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
7.1 Наименование и цели работы.
7.2 Решение задачи по пункту 3.4.
7.3 Схемы исследований (рис. 8.1, рис. 8.2).
7.4 Результаты измерений и вычислений (табл. 8.1, 8.2).
7.5 Графики зависимостей I = F(f), Zвх = F(f), Uвых/Uвых о = F(f) при питании от источника напряжения и источника тока.
7.6 Ответы на контрольные вопросы (по заданию преподавателя).
7.7 Выводы по работе (сравнить характеристики параллельного колебательного контура при различных режимах работы).
8 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
8.1 Как надо изменить схему включения параллельного колебательного контура, чтобы он начал обладать избирательностью по напряжению?
8.2 Поясните, как изменяется ток параллельного колебательного контура при питании от источника напряжения и почему.
8.3 Нарисуйте входную АЧХ параллельного колебательного контура.
8.4 Как изменяется ток параллельного колебательного контура, если контур питается от источника тока?
8.5 Как найти входное сопротивление параллельного колебательного контура:
а) при резонансе; б) при расстройке?
9 СОДЕРЖАНИЕ ЗАЧЁТА
Студент должен знать ответы на контрольные вопросы. Должен уметь проводить измерения, предусмотренные заданием на работу, анализировать результаты измерений.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №10
ПОЛУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРИОДИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ НЕГАРМОНИЧЕСКОЙ ФОРМЫ
1 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.
ЛИТЕРАТУРА
2.1 Добротворский И.Н. Теория электрических цепей. – M.: Радио и связь, 1989. - С.292…312, 319…321.
2.2 Агасьян М.В., Орлов Е.А. Электротехника и электрические измерения. – М.: Радио и связь, 1983. - С. 218…230.
2.3 Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC – М.: Солон-Р, 1999. - С. 23…39.
ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ
3.1 Изучить по [2.1], [2.2.] тему “Цепи при периодическом негармоническом воздействии”.
3.2 Подготовить ответы на вопросы самопроверки.
3.3 Подготовить бланк отчета (см. раздел 7).
3.4 Построить в масштабе сигнал, состоящий из первой и третьей гармоник при соотношении амплитуд U1m:U3m = 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 нарисовать другим цветом.
3.5 Начертить в масштабе спектральную диаграмму для негармонического сигнала при соотношении U1m:U2m:U3m:U5m = 9:7:5:2.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
4.1 Как получить несинусоидальную ЭДС?
4.2 Поясните, что значит разложить функцию в ряд Фурье.
4.3 Запишите первую и вторую форму ряда Фурье.
4.4 Что такое гармоника?
4.5 Поясните, что называется первой, нулевой, высшими гармониками.
4.6 Запишите формулы индуктивного и емкостного сопротивлений для пятой гармоники; для к-той гармоники.
4.7 Запишите, чему равно сопротивление катушки индуктивности и конденсатора постоянному току.
4.8 Что называется спектром сигнала?
4.9 Постройте спектр тока:
i = 6 + 18sinωt + 10sin2ωt + 4sin5ωt.
4.10 Токи каких частот отсутствуют в спектре прямоугольного импульса?
4.11 Что такое иерархический ряд сигналов?
4.12 Поясните, как изменится спектр синусоиды при изменении частоты.