Учебное пособие 1444

б) установите переключатель "V/ДЕЛ" в такое положение чтобы изображение на экране составляло около 5 больших делений;

в) установите переключатель "Время/ДЕЛ" в такое положение, в котором расстояние между измеряемыми точками будет меньше 8 больших делений, а ручку в центре переключателя "Время/ДЕЛ" ∆ установите в крайнее правое положение;

г) установите ручкой "УРОВЕНЬ" устойчивое изображение на экране ЭЛТ;

д) переместите ручкой "↕" изображение, чтобы точки между которыми измеряется вpeмя, находились на горизонтальной центральной линии;

е) установите ручкой " " изображение так, чтобы точки, между которыми измеряется время, находились в пределах восьми центральных больших делений сетки;

ж) измерьте горизонтальное расстояние между измеренными точками и умножьте его на значение коэффициента развертки.

Пример. Допустим, что расстояние между измеренными точками составляет 4,1 больших делений, а переключатель "ВРЕМЯ/ДЕЛ" установлен в положение 0,2mS.

Время Т = 0,2mS/дел х4,1 дел - 0,82 mS.

Убедитесь путем измерений, что с генератора Г3-33 подается напряжение с частотой 10 кГц.

УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ЛАБОРАТОРНЫЙ СТЕНД Универсальный лабораторный стенд предназначен для проведения лабораторных работ по курсу "Основа

радиоэлектроники".

В стенде (рис. 5) смонтированы: два источника питания ±12 В, источник напряжения и источник тока (блок 1) для снятия частотных характеристик контуров, два коммутирующих устройства (блок 2) для коммутации элементов схем и генератор гармонического напряжения (блок 3) для исследования процессов модуляции.

21

На вход блока 1 подается напряжение от генератора ГЗ-33. В зависимости от положения тумблера на выходе образуется либо источник напряжения с малым выходным сопротивлением (Ri ≤ 2 Ом), либо источник тока с большим выходным сопротивлением (Ri ≥ 300 к0м).

Источник напряжения предназначен для снятия частотных характеристик последовательного контура, а источник тока для снятия частотных характеристик параллельного контура).

С выхода блока 2 снимаются прямоугольные импульсы с большой скважностью, которые подаются в контур при исследовании свободных процессов. Гнезда "КОММУTATOP" при положении тумблера "ВКЛ" обеспечивают коммутацию участка схемы, к которому они подключаются.

С выхода блока 3 снимается низкочастотное гармоническое напряжение, величина которого может изменяться с помощью регулятора.

На лицевой панели стенда, справа, имеется место для крепления двух сменных плат, на которых выполняются лабораторные работы. Стенд включается с помощью тумблера "СЕТЬ".

Лабораторное задание

1.Включить приборы в соответствии с описанием.

2.Подключить к выходным зажимам генератора ГЗ-33 входные зажимы вольтметра В7-26, используя два проводника.

3.Определить максимальное напряжение, которое может быть получено при выходном сопротивлении 5 Ом и частоте 10 кГц при включенном тумблере "ВНУТРЕННЯЯ НАГРУЗКА".

Примечание. Ручка "ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ ВЫХОДНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ" на генераторе ГЗ-33 снята и зафиксирована в положении "5 Ом".

22

4.Подключить к выходным зажимам генератора ГЗ-33 входные зажимы цифрового вольтметра B7-16А и выполнить задание пункта 3.

5.Установить на выходе генератора ГЗ-33 последовательно частоты 12 кГц, 138 кГц, 190 кГц, соответственно напряжение130 мВ, 200 мВ, 1 В (при выходном сопротивлении 5 Ом). Подать сигнал с выхода генератора на вход осциллографа CI-77 и просмотреть на экране неподвижную осциллограмму гармонического колебания.

6.Установить на генераторе ГЗ-33 произвольную частоту f

инапряжение U (устанавливается преподавателем).

7.Измерить осциллографом C1-77 напряжение и частоту, установленные в пункте 6.

8.Измерить с помощью приборов B7-26 и B7-I6A величины сопротивления резистора, указанного преподавателем.

Содержание отчета

В конце лабораторной работы составляется краткий отчет по проведенным измерениям, а также фиксируется порядок измерения осциллографом C1-77 напряжения н временного интервала (частоты гармонического колебания). Зачет выставляется как результат индивидуальной проверки знаний студента по проведенной лабораторной работе.

23

Рис. 5

24

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2. СВОБОДНЫЕ КОЛЕБАНИЯ В ОДИНОЧНОМ КОНТУРЕ

Цель работы: изучение процессов в одиночном колебательном контуре при различных значениях его параметров.

Домашнее задание

1.Проработать теоретический материал, относящийся к работе, по конспекту лекций и литературе, рекомендуемой в конце руководства.

2.Подготовить для заполнения таблицы измерений, а также миллиметровую или клеточную бумагу для нанесения кривых.

3.По данным значениям L* и С" для своего рабочего места рассчитать резонансную частоту f , период колебаний Т и волновое сопротивление колебательного контура, используемого в лабораторной работе.

Исходные теоретические данные

На рис. 6 изображена одна из возможных схем, обеспечивающая возникновение свободных колебаний в контуре за счет предварительного заряда С.

Рис. 6 Рис. 7

25

На рис. 7 показан вариант, когда первоначальный запас энергии обеспечивается в L при замкнутом переключателе П.

При переводе переключателя П в положение 2 заряженный конденсатор оказывается подключенным к катушке индуктивности и начинает разряжаться через нее. Электрическая энергия конденсатора превращается в магнитную энергию индуктивности WL=LI2m/2. В контуре возникает колебательный процесс непрерывного превращения электрической энергии в магнитную и наоборот. Так как колебания в контуре получаются за счет разряда конденсатора через катушку индуктивности и происходят без какого-либо внешнего воздействия, они называются свободными колебаниями контура. Время То, в течение которого происходит одно колебание, называется собственным периодом колебания, а соответствующая частота fo=1/To собственной частотой контура.

Если считать, что в контуре потери отсутствуют, то он называется идеальным, запасенная энергия в процессе колебаний не расходуется, и колебания в контуре будут незатухающими. Максимальная магнитная энергия равна максимальной электрической энергии

Так как амплитуда напряжения на конденсаторе С равна

то после несложных преобразований, получим

Величина волнового или характеристического сопротивления контура

26

В реальных контурах при свободных колебаниях всегда происходит расход энергии. Это обусловлено выделением тепла в активном сопротивлении самих проводов, потерями в диэлектриках и целым рядом других потерь, поэтому амплитуда колебаний в контуре будет уменьшаться, или, как принято говорить, колебания будут затухать (рис. 8).

Амплитуда свободных колебаний контура убывает с течением времени t по экспоненцальному закону

i = Iome- t sin( ot),

где =R/(2L) – коэффициент затухания контура.

i

I1m

I2m

t

Рис. 8

Скорость убывания амплитуды колебаний тем больше, чем больше коэффициент затухания .

Теоретически экспоненциальный процесс затухания длится бесконечно долго, а практически его считают законченным через время t, когда амплитуда тока понижается на 95-99 % от своего начального значения.

Характер процесса свободных колебаний контура определяется соотношением величин волнового и активного сопротивлений контура.

Если R<2 , то процесс в контуре носит название колебательного (рис. 8).

27

Если R>2 , то возникает так называемый апериодический процесс (рис. 9).

Переход от колебательного процесса к апериодическому носит название критического и происходит при R = 2 .

Рис. 9

Для того, чтобы охарактеризовать процесс свободных колебаний в реальном контуре пользуются понятием логарифмического декремента затухания, который представляет собой натуральный логарифм отношения амплитуда тока Im (рис. 8) в какой-то момент времени к амплитуда тока I2m через один период свободных колебаний

Нетрудно доказать, что логарифмический декремент показывает, какая часть энергии от имеющейся в контуре в данный момент времени расходуется в ней в течение последующего полупериода. Энергия, запасенная в катушке индуктивности в момент времени t, равна

За последующий полупериод расход энергии составляет

28

Отношение

Описание схемы

Электрическая схема для исследования процессов в одиночном колебательном контуре, изображена на рис. 10.

Исследуемый контур включается в цепь истока полевого транзистора. Затвор транзистора соединен с генератором П- образных импульсов.

Когда на затвор поступает импульс положительной полярности, транзистор открывается и через него и L контура проходит постоянный ток. После окончания действия импульса положительной полярности транзистор запирается, и цепь прохождения тока обрывается.

Положительные импульсы периодически следует друг за другом, подключая контур к источнику питания Е. В моменты подключения в индуктивности создается запас электромагнитной энергии. После прекращения тока в ней в зависимости от соотношения "R, L,С" в контуре возникает колебательный или апериодический процесс.

Процессы, возникающие в контуре, носят затухающий характер, так как они сопровождаются потерями энергии в активном сопротивлении.

Для того, чтобы установить любой из трех возможных процессов: колебательный (R<2 ), критический (R=2 ), апериодический (R>2 ), в контур включается переменный резистор R1.

29

Рис. 10

30