МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)

Кафедра «Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте»

Е.Г. Щербина, А.А. Антонов, М.В. Катков

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ДВУХПОЛЮСНИКОВ

Методические указания к лабораторным работам

МОСКВА - 2007

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)

Кафедра «Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте»

Е.Г. Щербина, А.А. Антонов, М.В. Катков

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ДВУХПОЛЮСНИКОВ

Рекомендовано редакционно-издательским советом университета в качестве методических указаний по дисциплине

«ТЕОРИЯ ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ, ТЕЛЕМЕХАНИКИ И СВЯЗИ»

Для студентов специальности

«АВТОМАТИКА, ТЕЛЕМЕХАНИКА И СВЯЗЬ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ»

МОСКВА - 2007

-1-

УДК 621.372.4 Щ 61

Щербина Е.Г., Антонов А.А., Катков М.В. Экспериментальное исследование частотных характеристик двухполюсников: Методические указа-

ния. - М.:МИИТ, 2007.- 18 с.

Методические указания содержат описание методики измерения модуля и аргумента комплексного входного сопротивления двухполюсной цепи, порядок экспериментального исследования частотных характеристик последовательного и параллельного колебательных контуров.

©Московский государственный университет путей сообщения

(МИИТ), 2007

-2-

Лабораторная работа №1

на тему «Измерение напряжения и разности фаз вольтметром и осциллографом» Цель работы: научиться измерять напряжение с помощью вольтметра и ос-

циллографа, и разность фаз двух напряжений – с помощью двухканального осциллографа.

Приборы и оборудование

1.Милливольтметр PVT-417.

2.Осциллограф двухканальный GOS-620.

3.Генератор сигналов низкочастотный Г3-109 (используется только симметричный выход).

4.Плата П1 лабораторного стенда №___.

5.Соединительные провода.

Выполнение работы

1.Собрать схему (рис. 1.1).

Рис. 1.1

-3-

Сопротивление резисторов R1 и R2 – по 910 Ом. Внутреннее сопротивление генератора – 50 Ом. Частота сигнала – 1000 Гц.

- обязательное место подключения выводов входных шнуров вольтметра и осциллографа, связанных гальванически с корпусами этих приборов.

Выходное напряжение генератора установить равным 0,5 – 1 В, пользуясь милливольтметром.

Проверить работоспособность собранной цепи.

2.Отработать методику измерений напряжения осциллографом на сигнале, параметры которого известны заранее. Для этого в качестве эталона использовать калибровочный сигнал осциллографа, выведенный на его переднюю панель.

3.Измерить среднеквадратические значения напряжения на обоих резисторах с помощью милливольтметра.

4.Измерить удвоенные амплитуды напряжений при помощи осциллографа и рассчитать соответствующие им среднеквадратические значения (пользуясь известным соотношением между амплитудным и среднеквадратическим значениями гармонического сигнала

Um = Uскз 2 ).

5.Сравнить результаты измерений напряжений вольтметром и осциллографом с учётом погрешности средств измерений. Числовые значения погрешности милливольтметра и осциллографа взять в технических описаниях данных приборов.

6.С помощью осциллографа измерить период колебания, определить по нему циклическую частоту, полученное значение сравнить с частотой на шкале генератора.

-4-

7.Измерить разность фаз напряжений на резисторах, используя два канала осциллографа. Результат измерений представить в секундах и в градусах.

8.Изменить исследуемую цепь, заменив в ней резистор R2 конденсато-

ром.

9.Подобрать частоту сигнала генератора таким образом, чтобы напряжения на резисторе и конденсаторе были примерно равны. Для этого вначале рассчитать ориентировочное значение частоты, исходя из известных значений ёмкости конденсатора и сопротивления резистора. Затем, установив полученную частоту по шкале генератора, проверить равенство напряжений милливольтметром.

10.Измерить разность фаз напряжений на резисторе и конденсаторе, используя два канала осциллографа. Результат измерений представить в секундах и в градусах. Полученное значение разности фаз (в градусах) есть аргумент комплексного входного сопротивления конденсатора.

Внимание!

1.При измерении напряжения осциллографом ручки плавной регулировки коэффициента отклонения по вертикали каждого канала должны быть выведены до щелчка.

2.При измерении периода колебания ручка плавной регулировки коэффициента отклонения по горизонтали должна быть выведена до щелчка.

3.«Земляные» выводы входных измерительных шнуров милливольтметра и осциллографа должны быть подключены только в указанную на рис. 1.1 точку цепи.

-5-

4.Осциллографические пробники имеют переключаемый делитель напряжения с двумя значениями коэффициента деления: 1:1 и 10:1. При выполнении данной лабораторной работы следует использовать коэффициент 1:1. Если переключатель на пробнике установлен в положение 10:1, то результат измерения напряжения по шкале осциллографа должен быть умножен на 10.

Схема проведения каждого эксперимента должна быть представлена

вотчёте с указанием условных обозначений использованных элементов платы П1 и их номиналов.

Результаты всех измерений и расчётов также должны содержаться в

отчёте.

Отчёт должен заканчиваться выводами по лабораторной работе. Выводы следует формулировать, исходя из цели и на основании анализа полученных результатов.

-6-

Лабораторная работа №2

на тему «Частотные свойства последовательного колебательного контура» Цель работы: экспериментально снять частотные характеристики модуля и аргумента комплексного входного сопротивления последовательного колебательного контура.

Приборы и оборудование

1.Милливольтметр PVT-417.

2.Осциллограф двухканальный GOS-620.

3.Генератор сигналов низкочастотный Г3-109 (используется только симметричный выход).

4.Плата П1 лабораторного стенда №___.

5.Соединительные провода.

Выполнение работы

1.Собрать схему (рис. 2.1).

Рис. 2.1

-7-

Сопротивление вспомогательного резистора R – минимальное из имеющихся на плате П1 лабораторного стенда, 47 Ом.

Внутреннее сопротивление генератора – минимальное, 5 Ом.

- обязательное место подключения выводов входных шнуров вольтметра и осциллографа, связанных гальванически с корпусами этих приборов.

Выходное напряжение генератора установить равным 0,5 – 1 В, пользуясь милливольтметром.

Проверить работоспособность собранной цепи.

2. Определение диапазона частот для исследования характеристик контура.

Диапазон частот должен включать резонансную частоту f0. Значение резонансной частоты следует вначале определить с помощью вольтметра по минимуму напряжения на всём контуре (или по максимуму напряжения на вспомогательном резисторе R), плавно изменяя частоту сигнала на выходе генератора. Затем данную частоту нужно уточнить по равенству нулю аргумента входного сопротивления контура. Аргумент комплексного входного сопротивления последовательного колебательного контура измеряется как разность фаз двух напряжений: напряжения на LC-контуре (обозначим U&Z )

и напряжения на вспомогательном резисторе (обозначим U&R ). Разность фаз измеряется двухканальным осциллографом, при этом обязательно должна

-8-

быть включена инверсия сигнала на входе 2-го канала (кнопка «CH.2 INV» - нажата).

Затем нужно выбрать ещё 10 частот (5 – выше резонансной, 5 - ниже резонансной) таким образом, чтобы изменение модуля входного сопротивления контура (можно судить по напряжению на контуре или на резисторе) при переходе от одной частоты к другой было заметным.

Выбранные частоты переписать в таблицу, форма которой приводится ниже.

f-5=

f-4=

f-3=

f-2=

f-1=

f0=

f1=

f2=

f3=

f4=

f5=

-9-