1. Вариант

1. Для схемы рис. 3.6 определить добротность - Q, характеристическое сопротивление - r и резонансную частоту f₀ и ω₀. Результаты расчета внести в табл. 3.2,

2. Для частоты f = 1.0 кГц определить:

-комплекс входного сопротивления Z_BX;

- комплексы действующих значений тока I и напряжений U_R = U_RK + U_R1, U_L и U_C;

- комплексную передаточную функцию - K_C(jω) = U_C(jω)/U₁,

-значение АЧХ - K_C(ω), ЛАЧХ - 20lg K_C(ω) и ФЧХ - φ_KC(ω).

3. Результаты расчета внести в табл. 3.3

4. Для рассчитанного режима построить векторные диаграммы токов и напряжений.

2. Вариант

1. Для схемы рис. 3.6 определить добротность - Q, характеристическое сопротивление - r и резонансную частоту f₀ и ω₀ .Результаты расчета внести в табл. 3.2,

2. Для резонансной частоты f = f₀ определить:

-комплекс входного сопротивления Z_BX;

- комплексы действующих значений тока I и напряжений U_R = U_RK + U_R1, U_L и U_C;

- комплексную передаточную функцию - K_C(jω) = U_C(jω)/U₁,

-значение АЧХ - K_C(ω), ЛАЧХ - 20lg K_C(ω) и ФЧХ - φ_KC(ω).

3. Результаты расчета для каждой схемы внести в таб. 3.3.

4. Для рассчитанного режима построить векторные диаграммы токов и напряжений.

3. Вариант

1. Для схемы рис. 3.6 определить добротность - Q, характеристическое сопротивление - r и резонансную частоту f₀ и ω₀

2. Для частоты f = 15.0 кГц определить:

- комплексы действующих значений тока I и напряжений U_R = U_RK + U_R1, U_L и U_C;

- комплексную передаточную функцию - K_C(jω) = U_C(jω)/U₁,

-значение АЧХ - K_C(ω), ЛАЧХ - 20lg K_C(ω) и ФЧХ - φ_KC(ω).

3. Результаты расчета внести в табл. 3.3.

4. Для рассчитанного режима построить векторные диаграммы токов и напряжений.

3.3. Пояснения к выполнению лабораторной работы

В лабораторной работе для всех исследований используется пакет программ моделирования электронных устройств Electronics Workbench (EWB) в системе Windows [14, 16].

В настоящей работе моделируемая электрическая цепь содержит источники энергии, резисторы и элементы, накапливающие электрическую энергию – конденсаторы и катушки индуктивности. В цепи после включения источников устанавливается синусоидальный режим не сразу, а через некоторое время - время переходного процесса, которое практически заканчивается через 5 - 10 периодов синусоидального тока. После чего устанавливается синусоидальный режим. Этот процесс удобно наблюдать на экране – осциллографа.

Рис. 3.7. Схема для исследования резонанса напряжений.

3.4. Порядок выполнения работы

Включить компьютер и после его загрузки запустить программу EWB. На экране вашего ПК должно появиться рабочее диалоговое окно программы (рис.1.20). Руководствуясь разделом 1.4.1.1 первой лабораторной работы и разделом 2.4.1.1 второй лабораторной работы на рабочем поле диалогового окна необходимо сформировать схему (рис.3.7) для исследования резонанса напряжений.

Рис.3.8. Вид лицевой панели осциллографа в режиме резонанса напряжений

Значения элементов цепи установить в соответствии со своим вариантом (табл. 3.1). Установим параметры источника ЭДС: действующее значение напряжения – U₁ = 2В; частоту источника – f₀, рассчитанную для данного варианта; начальную фазу ЭДС – φ_е = 0.

Расчёт схемы произведём кратковременным (1 - 3с.) нажатием кнопки пуск

Для проведения измерений по временным характеристикам осциллограф переведём в режим «Expand».. На панели осциллографа рис. 3.8 (так же смотрите рис. 2.25, лабораторная работа №2), движок 6 (прокрутка изображения) установим в начальное положение. Здесь же установим масштабы разверток: по времени -m_t = 0.1мс/дел; по напряжению, канал A - m_UA = 1В/дел и канал B - m_UB = 10 mВ/дел. Если на экране осциллографа исследуемые напряжения выходят за пределы экрана, то их значения необходимо изменить. В схеме рис. 3.7 канал A осциллографа подключён к входному напряжению, а канал B - к резистору (шунту) Rш = 1 Ом напряжение на котором u_Ш(t) = i(t) Rш = i(t). В установившемся резонансном режиме ток и входное напряжение должны совпадать по фазе, если ток и входное напряжение не совпадают по фазе, то частота источника установлена не правильно ( ).

Таблица. 3.4

Исходные данные: U1= UV1=2 В, φu = 0 град; RK = 12 Ом; LK = 0.015мГ; R2= ______Ом; С = ______мкФ.							Измерения с помощью осциллографа: f0ЭО = ________; EМЭО = ________; IМЭО = ________.
		Показания приборов					Расчёт
f	ω	IA1	P (UV5)	UV2	UV3	UV4	Z(ω)	φZ(ω)	К(ω)	20lgK(ω)	φ(ω)
кГц	рад./c	А	Вт	В	В	В	Ом	град	-	-	град
0.1
1.0
5.0
f0= _____
15.0
20.0

Амплитудные значения ЭДС - E_МЭО и тока - I_МЭО определим помещая визирные линии 1 и 2 (рис. 3.8) в соответствующие места экрана осциллографа на расстоянии не менее 10-и колебаний напряжения от начала процесса, т. е. там где устанавливается синусоидальный процесс. Визирные линии 1 и 2 установим на расстоянии одного периода колебания синусоиды, где ток и напряжения проходят через максимальные значения. Величины E_МЭО и I_МЭО считываем в окошке 3 - VA1 (E_МЭО) и VA2 (I_МЭО) или в окошке 4 - VB1 и VB2 те же значения, но на расстоянии периода синусоиды T₀= T2 – T1. Значение T₀ находится в окне 5. Величина резонансной частоты определяется по соотношению f_0ЭО = 1/T₀. Результаты измерений необходимо занести в табл. 3.4.

Показания амперметров и вольтметров записать в соответствующие графы табл. 3.4. для частоты f₀.

С экрана осциллографа срисовать 2-3 периода осциллограммы напряжения u₁(t) и тока i(t) в установившемся синусоидальном режиме для частотs f = f₀. Масштабы напряжений и времени записать на осциллограммах.

С целью исследования частотных свойств последовательного контура проведём моделирование цепи для заданных частот источника: f = 0.1, 1.0, 5.0, 15.0 и 20.0 кГц. Показания амперметров и вольтметров записать в соответствующие графы табл. 3.4. для заданных частот.

С экрана осциллографа срисовать 2-3 периода осциллограммы напряжения u₁(t) и тока i(t) в установившемся синусоидальном режиме для частот f = 1000 и 15000 Гц. Масштабы напряжений и времени записать на осциллограммах.

По данным моделирования рассчитать значения величин приведённых в табл. 3.4 и записать их в соответствующие графы.

В таблице 3.4:

- модуль входного сопротивление цепи; Z(ω) = U_V1 / I_A1;

- угол входного сопротивления цепи φ_Z(ω) = arcos(P/ (U_V1 I_A1))

- АЧХ цепи; К(ω) = U_V2 / U_V1;

- ЛАЧХ цепи; 20lgK(ω)

- ФЧХ цепи; φ(ω) = -90^о - φ_Z(ω)

По результатам моделирования и расчёта построить:

- графики I(ω), Z(ω), φ_Z(ω), К(ω), 20lgK(ω), φ(ω);

- векторные диаграммы напряжений и токов для частот:

f = 1000Гц – режим цепи до резонанса,

f = f₀ – резонансный режим;

f =20000 Гц – режим цепи после резонанса.

По графику I(ω) определить его максимальное значение. По графику Z(ω) определить его минимальное значение. По графику К(ω) определить добротность контура - Q и граничные частоты полосы пропускания контура – f_Г1 и f_Г2. Отметить на графиках граничные частоты и полосу пропускания. Результаты расчетов занести в табл. 3.2.