Исследование последовательного колебательного контура

Цель работы

Исследование основных соотношений на резонансной частоте в последовательном колебательном контуре.

Снятие частотных характеристик и определение параметров контура.

Исследование влияния внутреннего сопротивления генератора на добротность, полосу пропускания и частотные характеристики контура.

2.2. Домашнее задание

Исходные данные: значения резонансной частоты контура , индуктивности контура и сопротивление потерь контура на постоянном токе взять из таблицы 2.1; величину входного напряжения (рис. 1.2а) принять равной 100 мВ; сопротивление потерь контура на резонансной частоте принять равным , где k=1,7-1,8 – коэффициент, учитывающий рост сопротивления потерь при увеличении частоты.

Таблица 2.1

Параметры колебательных контуров на панели «Линейные цепи»

№ панели	кГц	мкГн	Ом
				5.0	0.25
				3.8	0.25
				4.0	0.25
				4.3	0.25
				3.8	0.25
				4.2	0.25
				4.0	0.25
				4.6	0.25
				4.1	0.25
				4.3	0.25

Вычислить:

1) величину емкости конденсатора контура;

2) характеристическое сопротивление ρ;

3) добротность контура Q;

4) полосу пропускания контура ;

5) резонансное значение тока в контуре I_P;

6) резонансное значение напряжения на емкости U_CP;

7) добротность Q₁, полосу и напряжение на емкости U_СР1 с дополнительным сопротивлением , включенным последовательно (рис.2.1);

8) Q₂, , U_CP2 с дополнительным сопротивлением , включенным последовательно (рис. 2.1).

Изобразить:

1) качественный характер АЧХ коэффициента передачи по напряжению (рис. 1.2а и рис.2.1) для трех значений дополнительных сопротивлений (R=0,R₁=4 Ом, R₂=8 Ом) на общем графике с соблюдением относительного масштаба; указать значение для частот f = 0, f = f_р и f → ∞.

2) качественный характер АЧХ входного сопротивления контура (рис. 1.2а и рис.2.1) для трех значений дополнительных сопротивлений (R=0, R₁=4 Ом, R₂=8 Ом) на общем графике с соблюдением относительного масштаба; указать значение для частот f = 0, f = f_р и f → ∞.

2.3. Лабораторное задание

Снять АЧХ коэффициента передачи и входного сопротивления последовательного контура:

1) снять три частотные характеристики для частот для разных значений сопротивления потерь контура;

2) снять три нормированные частотные характеристики

для разных значений сопротивления потерь контура;

3) снять три частотные характеристики входного сопротивления для разных значений сопротивления потерь контура.

Примечание: по указанию преподавателя второй пункт может б быть исключен.

Указания к работе

С х е м ы и з м е р е н и я и и с п о л ь з у е м ы е п р и б о р ы

Схема последовательного контура собирается на лабораторной панели «Линейные цепи». Для схемы последовательного контура используются элементы и , расположенные в левой верхней части панели.

Рисунок 2.1 - Схема исследования передаточных характеристик последовательного контура.

Подключение измерительных приборов для исследования резонансных характеристик показано на рисунке 2.1:

В1 и В2 – вольтметры В3-38 для измерения действующего значения входного и выходного напряжений;

ЧМ – цифровой частотомер для измерения частоты входного гармонического сигнала;

Г_~ - генератор гармонических колебаний.

При наблюдении формы частотных характеристик на экране ЭЛТ прибора Х1-40 источником высокочастотного сигнала Г_~ служит генератор качающейся частоты (ГКЧ) прибора Х1-40 (разъем «1»).

В этом случае вход индикатора Х1-40 (разъем «2») подключается к конденсатору С1.

Если нет возможности воспользоваться прибором Х1-40, то передаточная характеристика может быть снята по точкам (см. Приложение 1), и тогда в качестве Г_~ используется любой генератор, работающий в диапазоне сотен кГц, например, Г4-106 (Г4-102).

Так как генератор Г4-106 имеет выходное сопротивления 50 Ом, а ГКЧ прибора Х1-40 минимум 75 Ом, то ни один генератор не может быть непосредственно подключен к последовательному контуру, для исследования которого нужен источник э.д.с. (см. ПРИЛОЖЕНИЕ 2). Поэтому генераторы подключаются к последовательному контуру через согласующий каскад, имеющий низкое выходное сопротивление 0.15 Ом.

Для измерения АЧХ следует менять частоту генератора и фиксировать значение и по соответствующим вольтметрам В1 и В2.

Рисунок 2.2 – Схема для наблюдения входных характеристик последовательного контура с помощью прибора Х1-40.

Для наблюдения входных характеристик используется схема рис. 2.2.

Включение вольтметра В2 не обязательно и функционально не нужно. Он «остался» от схемы рис. 2.1. Если его убрать, то при наблюдении будет еще больше отличаться от для при прежнем значении , так как

где - паразитные емкости соединительных кабелей от В2 и индикатора Х1-40.

При исследовании ЧХ входного сопротивления (рис.2.2) для соединения прибора Х1-40 с исследуемым контуром использовать свободные клеммы на макете, чтобы избежать шунтирующего действия внешних цепей, например согласующего каскада.

Методики получения характеристик и на индикаторе Х1-40 и их обоснование описаны в Приложении 2.

П о р я д о к в ы п о л н е н и я р а б о т ы и н е о б х о д и м ы е п о я с н е н и я :

1) подготовить к работе прибор Х1-40, установив II частотный диапазон, максимально широкую полосу просмотра и (в процессе работы не менять);

при этом оба условия (П.2.2) и (П.2.3) (см. Приложение 2), необходимые для снятия АЧХ коэффициента передачи и входного сопротивления, выполняются, так как при исследовании сигнал подается через согласующий каскад с малым R_ВЫХ=0.15 Ом, а при исследовании входное сопротивление контура в области резонансной частоты в полосе просмотра, не превышающей 40 кГц, существенно меньше R_ВЫХ=600 Ом, в чем легко убедиться на основании известных соотношений для последовательного контура:

2) настроить генератор Х1-40 таким образом, чтобы соответствовало центральной вертикальной линии экранной сетки:

· собрать схему рис.2.1 без R1(R2), включить питание согласующего каскада и всех используемых приборов;

· развертка ручная (ручка 10 на Х1-40; нумерацию ручек см. на рис.П.3.1);

· точка луча на центральной вертикальной линии сетки экрана;

· перестраивать частоту ГКЧ ручкой 12 до значения , контролируя ее значение по частотомеру;

· установить величину по показанию вольтметра В1, меняя ГКЧ ручкой 17;

3) настроить последовательный контур в резонанс ручкой конденсатора , ориентируясь по максимальному вертикальному положению точки луча (или по максимальному показанию В2);

4) получить изображение на экране индикатора Х1-40:

· включить автоматическую развертку в положение «3» ручкой 10;

· обратный ход луча совместить с нижней линией экранной сетки (ручка 6);

· меняя усиление КВО (ручка 7) добиться, чтобы максимум АЧХ совпадал с верхней линией экранной сетки;

5) по показанию вольтметров В1 и В2 оценить значение добротности Q и сравнить с расчетным, показания вольтметров записать;

6) не меняя усиление по КВО, сначала просмотреть при автоматической развертке (S=3, ручка 10) графики для трех значений дополнительного сопротивления (R=0, , ), а затем зарисовать их в масштабе (1 клеточка на экране – 1 см. в тетради) на общем рисунке, используя ручную развертку луча; на шкале частот отметить положение меток 10 кГц; записать показания вольтметров на частоте ;

7) зарисовать на общем графике три нормированные зависимости для трех значений дополнительного сопротивления, для чего при подключении дополнительных сопротивлений 4 Ом и 8 Ом увеличивать усиление КВО таким образом, чтобы резонансное значение частотной характеристики соответствовало 10 клеточкам при любом сопротивлении потерь; для каждой АЧХ определить и записать граничные частоты , ; вычислить полосы пропускания, сравнить с расчетными;

8) собрать схему рис.2.2 для исследования АЧХ входного сопротивления;

9) просмотреть при автоматической развертке луча зависимости и подобрать величину усиления КВО таким образом, чтобы резонансные значения на графике при разных дополнительных сопротивлениях отличались на (1,5 – 2,5) клеточки (обратный ход луча совмещен с нижней границей экранной сетки);

10) зарисовать в одном масштабе на общем графике три зависимости для разных сопротивлений потерь; измерить значение по минимуму частотной характеристики при R=0.