ФEДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО СВЯЗИ
Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное
Бюджетное образовательное учреждение высшего образования
МОСКОВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СВЯЗИ И ИНФОРМАТИКИ
Кафедра теории электрических цепей
Лабораторная работа №16
Исследование на ЭВМ резонансных явлений в пассивном и активном последовательном колебательном контуре
Выполнила студент группы _______________ фио
Проверил доц. кафедры ТЭЦ ______________ фио
Москва 0000
Цель работы: С помощью программы Micro-Cap исследовать характеристики одиночного последовательного пассивного и активного колебательного контура при различных добротностях.
Расчетные формулы:
Выполнение работы:
По предварительному расчету
|
Получено эксперементально |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
160 |
3315.7 |
4.55 |
4685.6 |
4917.22 |
232.2 |
0.006 |
4.8 |
4796 |
0.006 |
4684 |
4916 |
232 |
20.7 |
||
640 |
3315.7 |
2.28 |
4359 |
5285.63 |
926.63 |
0.0015 |
4.8 |
4796 |
0.0015 |
4358 |
5285 |
927 |
5.17 |
||
Гиратор |
|||||||||||||||
По предварительному расчету
|
Получено эксперементально |
||||||||||||||
|
|
|
|||||||||||||
0.1 |
10.14 |
50.00204’b |
Рисунок 1 – Схема пассивного последовательного колебательного контура
Рисунок 2– Экспериментальная зависимость модуля входного сопротивления от частоты
Рисунок 3– Экспериментальная зависимость модуля входного сопротивления от частоты
и зависимость действительной части входного сопротивления
Рисунок 4 – Экспериментальная зависимость модуля входного сопротивления от частоты, зависимость действительной части входного сопротивления, зависимость мнимой части входного сопротивления
Рисунок 5 – Теоретическая зависимость модуля входного сопротивления от частоты (синий), зависимость действительной части входного сопротивления (красный), зависимость мнимой части входного сопротивления (зеленый), при =160 Ом
Рисунок 6– Экспериментальная зависимость модуля входного сопротивления от частоты (синий), зависимость действительной части входного сопротивления (красный), зависимость мнимой части входного сопротивления (зеленый), при =160 Ом
Рисунок 7 – Теоретическая зависимость модуля входного сопротивления от частоты (синий), зависимость действительной части входного сопротивления (красный), зависимость мнимой части входного сопротивления (зеленый), при =640 Ом
Рисунок 8– Экспериментальная зависимость модуля входного сопротивления от частоты (синий), зависимость действительной части входного сопротивления (красный), зависимость мнимой части входного сопротивления (зеленый), при =640 Ом
Рисунок 9– Теоретическая зависимость фазы входного сопротивления от частоты при =160 Ом
Рисунок 10– Экспериментальная зависимость фазы входного сопротивления от частоты при =160 Ом
Рисунок 11 – Теоретическая зависимость фазы входного сопротивления от частоты при =640 Ом
Рисунок 12 – Экспериментальная зависимость фазы входного сопротивления от частоты при =640 Ом
Рисунок 13 – Теоретическая зависимость фазы входного сопротивления от частоты
при =160 Ом и =640 Ом на одном графике
Рисунок 14 – Экспериментальная зависимость фазы входного сопротивления от частоты
при =160 Ом и =640 Ом на одном графике
Рисунок 15– Теоретическая зависимость модуля входного тока от частоты
при =160 Ом и =640 Ом на одном графике
Рисунок 16– Экспериментальная зависимость модуля входного тока от частоты
при =160 Ом и =640 Ом на одном графике
Рисунок 17– Теоретическая зависимость модуля входного тока от частоты
при =160 Ом, =0.22 Гн и =0.11 Гн на одном графике
Рисунок 18– Экспериментальная зависимость модуля входного тока от частоты
при =160 Ом, =0.22 Гн и =0.11 Гн на одном графике
Рисунок 19 – Теоретическая зависимость модуля входного тока от частоты
при =160 Ом, =10 нФ и =20 нФ на одном графике
Рисунок 20 – Экспериментальная зависимость модуля входного тока от частоты
при =160 Ом, =10 нФ и =20 нФ на одном графике
Рисунок 21 – Схема активного колебательного контура с гиратором
Рисунок 22 – Теоретическая зависимость модуля входного тока от частоты
Рисунок 14– Экспериментальная зависимость модуля входного тока от частоты
Контрольные вопросы.
Почему резонанс в последовательном пассивном колебательном контуре называется резонансом напряжений?
Отношение волнового сопротивления к резистивному /R = Q, называется добротностью контура, а величина обратная D=1/Q - затуханием. Таким образом, добротность численно равна отношению напряжения на реактивном элементе контура к напряжению на резисторе или на входе в режиме резонанса. Добротность может составлять несколько десятков единиц, и во столько же раз напряжение на реактивных элементах контура будет превышать входное. Поэтому резонанс в последовательном контуре называется резонансом напряжений.
Как рассчитывается резонансная частота сложного пассивного колебательного контура и как она рассчитывается для схем содержащих гиратор?
Что такое добротность последовательного пассивного колебательного контура?
Добротность колебательного контура - величина, определяющая амплитуду и ширину амплитудно частотной характеристики резонанса и говорящая о том, во сколько раз сохраненной энергии в КК больше, чем потери энергии за единичный период колебаний
Что такое полоса пропускания последовательного пассивного колебательного контура? Какие существуют способы расчета полосы пропускания?
Полоса пропускания (прозрачности) — диапазон частот, в пределах которого амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) акустического, радиотехнического, оптического или механического устройства достаточно равномерна для того, чтобы обеспечить передачу сигнала без существенного искажения его формы.
Выведите уравнения, с помощью которых рассчитывают входные АЧХ и ФЧХ последовательного пассивного колебательного контура.
Зависимость тока в контуре или напряжения на реактивных элементах от частоты питающего генератора при постоянном по величине напряжении генератора называется резонансной кривой или амплитудно-частотной характеристикой контура.
Для сравнения различных контуров резонансные кривые строят в относительном масштабе. Амплитудно-частотная характеристика в относительном масштабе контура, представленного на рис. 2.14, запишется как отношение тока в контуре на любой частоте к току в контуре на резонансной частоте:
= . (3.81)
Реактивная составляющая входного сопротивления контура равна:
(3.82)
Здесь
(3.83) - относительная расстройка контура.
Для небольших абсолютных расстроек контура (в пределах полосы пропускания)
(3.84)
С учетом этого амплитудно-частотная характеристика контура
, (3.85)
Где: - обобщенная расстройка контура.
Окончательно уравнение амплитудно-частотной характеристики контура запишется в виде:
. (3.86)
Фазовая характеристика контура
(3.87)
При настройке контура в резонанс , обобщенная расстройка , реактивная составляющая входного сопротивления равна нулю и эквивалентное сопротивление контура равно . Характер зависимости свидетельствует о том, что колебательный контур обладает свойством избирательности. Количественно избирательность контура оценивается коэффициентом прямоугольности , который равен отношению ширины резонансной кривой на уровне 0,7 к ширине на уровне 0,1. Чем больше значение добротности, тем лучше избирательность контура. Для одиночных колебательных контуров . АЧХ последовательного контура в относительном масштабе представлена на рис. 3.15.
Рис.2.15 АЧХ последовательного контура
Найдем выражение для полосы пропускания колебательного контура. Полоса пропускания оценивается по уменьшению тока в контуре или напряжений на реактивных элементах в раз по сравнению с их значениями на резонансной частоте. Из формулы для АЧХ контура найдем полосу пропускания:
. (3.88)
Отсюда полоса пропускания контура на уровне Будет равна:
(3.89)
Зная резонансную частоту и полосу пропускания, можно рассчитать добротность контура:
(3.90)
Фазовая характеристика последовательного контура, построенная по выражению (2.98), приведена на рис. 3.16.
(3.91)