Лабораторная работа №11 Тема: Последовательный колебательный контур

Цель работы: научиться исследовать колебательный контур с помощью OrCAD

Оборудование рабочего места: ПК, ПО

Краткие теоретические сведения

Колебательный контур — электрическая цепь, содержащая катушку индуктивности, конденсатор и источник электрической энергии. При последовательном соединении элементов цепи колебательный контур называется последовательным, при параллельном − параллельным.

Колебательный контур — простейшая система, в которой могут происходить свободные электромагнитные колебания.

Резонансная частота контура определяется так называемой формулой Томсона:

П ереходная характеристика – это отклик (реакция) цепи на единичный скачок напряжения (функцию включения). Смоделировать единичный скачок напряжения можно, подавая на вход исследуемой цепи прямоугольный импульс единичной амплитуды с длительностью фронта много меньшей длительности переходных процессов в схеме и длительностью импульса больше длительности переходных процессов. Для получения такого импульса можно воспользоваться импульсным источником напряжения VPULSE. Значения параметров этого источника приведены в таблице 1.1. Параметры импульсного источника напряжения Таблица 1.1

Порядок проведения работы

Шаг 1. Рассчитайте значение индуктивности L катушки индуктивности для случая резонансной частоты f₀ = 250 кГц (С = 1нФ), волновое сопротивление ρ полученного контура и его затухание d для случая сопротивления потерь R1 = 10 Ом.

Р ассчитайте амплитудные значения напряжения на катушке индуктивности, на конденсаторе и сопротивлении потерь на резонансной частоте, если амплитудное значение входного напряжения равно 10 В.

Шаг 2. Запустите программу ORCAD

Шаг 3. Создайте новый проект.

Шаг 4. Создайте принципиальную электрическую схему (рис. 11.1). Установите заданные значения сопротивления потерь емкости конденсатора и индуктивности катушки индуктивности.

Шаг 5. Создайте новый профайл для моделирования для получения АЧХ и ФЧХ. Для этого:

• по команде PSpice->New Simulation Profile или с помощью пиктограммы панели инструментов откройте окно New Simulation, введите имя профиля моделирования и щелкните по кнопке Create;

• в открывшемся окне Simulation Settings установите тип анализа (Analysis Type) AC Sweep/Noise;

• установите:

1. масштаб по частоте Linear – линейный;

2. число точек на – 500;

3. начальную частоту анализа (Start Frequency) – 225k;

4. конечную частоту анализа (End Frequency) – 275k.

• подтвердите свой выбор, щелкнув по кнопке OK.

Шаг 6. Запустите анализ AC Sweep/Noise.

Шаг 7. В открывшемся пустом окне PROBE получите АЧХ схемы, выходной сигнал в которой снимается с конденсатора С1. Для этого:

• выполните команду Trace-> Add Traces;

• в открывшемся окне Add Traces выделите строку V(C1:2) и щелкните ОК.

• Установите

Шаг 8. По полученной АЧХ определите резонансную частоту контура и полосу пропускания. Сравните эти данные с соответствующими расчетными значениями.

Шаг 9. Получите ФЧХ контура. Для этого:

• выполните команду Plot -> Add Plot;

• выполните команду Trace-> Add Traces;

• в открывшемся окне Trace Expression наберите P(V(L1:2)) и щелкните ОК.

Шаг 10. Исследуйте влияние сопротивления потерь на АЧХ и ФЧХ последовательного колебательного контура, на его добротность и полосу пропускания. Для этого для двух значений сопротивления R1 (5 Ом и 1 Ом) получите все необходимые экспериментальные данные. Полученные результаты представьте в виде таблицы.

Шаг 11. Получите временные диаграммы напряжения источника переменного напряжения и падений напряжения на сопротивлении потерь, на индуктивности и на конденсаторе на резонансной частоте. Для этого:

• в схеме колебательного контура (рис. 1.12) вместо источника напряжения VAC установите источник напряжения VSIN и установите необходимые параметры;

• создайте новый профайл для моделирования в режиме Time Domain (Transient);

• запустите анализ Time Domain (Transient);

• в открывшемся пустом окне PROBE получите требуемые временные диаграммы и объясните полученные результаты.

Шаг 12. Получите переходную характеристику колебательного контура.

Для получения переходной характеристики:

• в схеме колебательного контура (рис. 1.12) вместо источника напряжения VAC установите источник напряжения VPULSE и установите необходимые параметры;

• создайте новый профайл для моделирования в режиме Time Domain (Transient);

• запустите анализ Time Domain (Transient);

• в открывшемся пустом окне PROBE получите временные диаграммы входного сигнала и выходного сигнала (падения напряжения на конденсаторе);

исследуйте влияние сопротивления потерь R1 контура на переходную характеристику колебательного контура.

Содержание отчета

1. В отчете указать тему, цель работы

2. Описать основные этапы выполнения работы

3. Привести результаты, которые были получены в результате расчета и экспериментально

4. Зарисовать временные диаграммы, полученные в результате анализа

5. Записать выводы по проделанной работе

Контрольные вопросы

1. Какие типы анализа был использован и почему?

2. Как были рассчитаны амплитудные значения напряжения на катушке индуктивности, на конденсаторе?

3. Какие параметры были выбраны при проведении анализа и почему?

4. Как определили резонансную частоту контура и полосу пропускания?

5. Как влияет сопротивление потерь на АЧХ и ФЧХ последовательного колебательного контура, на его добротность и полосу пропускания?

6. Как были получены временные диаграммы напряжения источника переменного напряжения и падений напряжения на индуктивности?