Файл: Лаб. работы ОТЦ осень 2014 .doc

Домашнее задание

Изучите вышеперечисленные основные вопросы. Рекомендуются учебное пособие [1] (§§ 5.1, 5.4), учебные пособия [2,3] и конспект лекций.

1. Изобразите схему изучаемой цепи — последовательного колебательного контура из элементов L, r, C (выходное напряжение снимается с конденсатора). На схеме укажите стрелками входное напряжение u_вх и выходное напряжение u_вых=u_C.

2. Выпишите формулы, составляющие математическую модель изучаемого контура, а именно:

• формулы для передаточной функции K(jω) и частотных характеристик — АЧХ k(ω) и ФЧХ φ_k(ω). В формулах используйте обобщенную расстройку ξ(ω) и основные параметры контура — резонансную частоту ω_р и добротность Q. Пользуйтесь точными, а не приближенными выражениями для K(jω) и φ_k(ω);

• формулы для расчета параметров математической модели контура ω_р, Q через параметры его элементов L, r, C.

3. Изобразите вид АЧХ и ФЧХ изучаемого контура. На рисунках обозначьте характерные значения k, φ_k и ω, а также ширину полосы пропускания П_.

4. Изобразите вид семейства АЧХ и вид семейства ФЧХ для различных значений добротности контура.

Лабораторное задание

Подготовка установки к работе

Для сборки цепи из имеющихся элементов подберите индуктивную катушку и конденсатор (L=2÷5 мГн, С=2÷5 нФ).

Соберите последовательный колебательный контур (резистор в контур не включайте). Подключите к контуру генераторно-измери­тельную систему: напряжение с генераторного выхода системы включите в контур, а напряжение с выхода контура (с конденсатора) подайте на измерительный вход системы.

Запустите генераторно-измеритель­ную систему (ее ярлык — на рабочем столе). Установите режим изуче­ния амплитудно-частотных характеристик цепей (АЧХ). Задайте амплитуду сигнала U_вх=50 мВ и смещение u₀=0. Включите отобра­жение измеряемой характеристики и запустите систему.

Наблюдайте АЧХ собранной цепи сначала в широком диапазоне частот (от 0 до 100 кГц), а затем в области резонанса. Убедитесь, что наблюдаемая АЧХ качест­венно соответствует ожидаемой. Установите удобные пределы измерений по частоте (в которых k(f)>k_р/(510)) и подберите удобный шаг измере­ний.

Установленные шкалы в даль­нейшем не изменяйте.

Перейдите в режим изучения фазочастотных характеристик цепей (ФЧХ) и убедитесь, что наблюдаемая ФЧХ также качественно соответствует ожидаемой. После этого установите режим одновременного изучения АЧХ и ФЧХ.

1. Изучение вида частотных характеристик контура

Зарисуйте измеренные частотные характеристики (АЧХ и ФЧХ) собран­ного последовательного колебательного контура.

Здесь и далее на зарисованных графиках должны быть приведены шкалы значений измеряемых величин и указаны условия эксперимента.

Убедитесь, что измеренные АЧХ и ФЧХ хорошо описываются известной вам математической моделью последовательного колебательного контура. Для этого включите отображение расчетных характеристик, выберите соответствующую математическую модель цепи, а затем, подбирая параметры модели, добейтесь аппроксимации измеренных характеристик расчетными.

2. Измерение параметров контура

По измеренным характеристикам определите параметры собранного контура. Сделайте это двумя способами:

1) по характерным точкам измеренных характеристик — с помощью курсоров измерьте параметры АЧХ k_р, f_р, Π_f, а по ним определите добротность контура (примите Q=(Q₁+Q₂)/2, где Q₁=k_р, Q₂=f_р/Π_f) и его сопротивление потерь (r=ρ/Q, где ρ=1/(_рC));

2) по всем измеренным точкам — при хорошей аппроксимации измеренных характеристик расчетными можно принять, что введенные параметры модели f_р и Q равны реальным параметрам собранной цепи.

Измеренные параметры контура внесите в таблицу.

Образец таблицы

3. Изучение влияния потерь в контуре

на его частотные характеристики

Из имеющихся элементов подберите резистор (с минимальным сопротивлением) и включите его в контур (последовательно). Убедившись, что наблюдаемые изменения частотных характеристик качественно соответствуют ожидаемым, зарисуйте новые измеренные АЧХ и ФЧХ контура (нанесите их на предыдущий рисунок (п.1)).

По измеренным характеристикам определите параметры нового контура (k_р и П_f — с помощью курсоров, f_р и Q — вторым способом, см. п.2).

Измеренные параметры контура с добавочным резистором внесите в ту же таблицу и сравните с ожидаемыми (рассчитанными по измеренным параметрам исходного контура и номинальному значению r_доб).

4. Измерение сопротивления потерь контура

в широком диапазоне частот

Исключите из контура добавочный резистор. Замените конденсатор C (увеличьте емкость контура на два порядка). Убедившись, что наблюдаемые изменения частотных характеристик качественно соответствуют ожидаемым, измерьте новые АЧХ и ФЧХ контура (их можно не зарисовывать).

По измеренным характеристикам определите (аналогично п.3) параметры нового контура.

Измеренные параметры контура с увеличенной емкостью внесите в ту же таблицу и сравните с ожидаемыми (рассчитанными по измеренным параметрам исходного контура и новому номинальному значению C). Обратите внимание на изменение сопротивления потерь.

Контрольные вопросы

1. В чем состоит явление последовательного резонанса (резонанса напряжений)?

2. Изобразите векторные диаграммы напряжений и тока в последовательном колебательном контуре: а) при резонансе; б) при частоте, соответствующей нижней или верхней границе полосы пропускания.

3. Как изменяется амплитуда тока в последовательном колебательном контуре при изменении частоты входного напряжения?

4. Как изменяется начальная фаза тока в последовательном колебательном контуре при изменении частоты входного напряжения?

5. Изобразите вид АЧХ и ФЧХ последовательного колебательного контура, если выходным сигналом являются: а) ток в контуре; б) напряжение на конденсаторе; в) напряжение на индуктивной катушке?

6. Как изменится вид АЧХ и ФЧХ контура при изменении (увеличении, уменьшении) его добротности?

7. Каким образом можно экспериментально определить добротность последовательного колебательного контура? Его сопротивление потерь?

__________

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Баскаков С.И. Лекции по теории цепей. – М.: Эдиториал УРСС, 2005. – 280 с.

2. Попов В.П. Основы теории цепей. – М.: Высшая школа, 2000. – 575 с.

3. Гречихин В.А. Основы теории цепей: Руководство к решению задач ана­лиза линейных цепей с сосредоточенными параметрами. – М.: Издательство МЭИ, 2002. – 92 с.

4. Компьютерная генераторно-измерительная система для изучения электри­ческих цепей и сигналов / Б.П. Поллак, Л.И. Пейч, Д.А. Точилин и др. // Вестник МЭИ. – 2003. №4. С. 92–99.

Содержание

ВВЕДЕНИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Многофункциональная лабораторная установка для изучения

радиотехнических цепей и сигналов . . . . . . . . . . 3

Лабораторный стенд «Сигнал-1» . . . . . . . . . . . . 4

Компьютерная генераторно-измерительная система . . . . . 5

Правила выполнения лабораторных работ в лаборатории ОТЦ . 8

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ . . . . . . . . . . . . . . 9

Лабораторная работа № 3.

Последовательная RC-цепь при воздействии гармониче­ских

колебаний . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Лабораторная работа № 5.

Частотные характеристики RC-цепей . . . . . . . . . 12

Лабораторная работа № 7.

Частотные характеристики последовательного колебатель­ного

контура . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

Лабораторная работа № 8.

Частотные характеристики параллельного колебательного

контура . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК . . . . . . . . . . . 23

12