Электрорадиотехнологии (лабораторный практикум). Ч.2. Учебно-методическое пособие

К уменьшается в 2 раза по сравнению с максимальным значением, получим:

Параллельный LC-контур

На рис. 1.6а представлен параллельный LC-контур, содержащий две параллельные ветви, в одной из которых индуктивность L и ее активное сопротивление R включены последовательно. Такая после- довательно-параллельная цепь сложна и неудобна для расчетов. Обычно эту цепь заменяют другой эквивалентной схемой, в которой все три элемента включены между собой параллельно (рис. 1.6б). Сопротивление RЭ (рис. 1.6б) вносит активные потери, эквивалентные потерям на сопротивлении R (рис. 1.6а). Очевидно, что эквивалентность R и RЭ может быть обеспечена только в узкой полосе частот, которая обычно выбирается в области резонанса контура. Потери в контуре характеризуются сдвигом фазы φ между током и напряжением (рис. 1.7). Из векторных диаграмм (рис. 1.7) для соответствующих схем, приведенных на рис. 1.6, выразим RЭ через параметры исходного контура:

Рис. 1.6. Параллельный LC-контур (а) и его эквивалентная схема (б)

11

Рис. 1.7. Векторные диаграммы токов и напряжений для RL ветвей схем а и б рисунка 1.6 соответственно

Полные векторные диаграммы токов и напряжений эквивалентной схемы параллельного контура для произвольной частоты и резонанса приведены на рис. 1.8.

Полный ток I и сопротивление Z цепи

зависят от элементов LC-контура и частоты. На рис. 1.9а приведены частотные зависимости токов через элементы эквивалентной схемы параллельного контура, а на рис. 1.9б — полного тока и сопротивления.

Рис. 1.8. Векторные диаграммы токов и напряжений в параллельном контуре: (а) частота больше резонансной, (б) при резонансе

12

Рис. 1.9. Частотные зависимости токов через ветви эквивалентной схемы параллельного контура (а), полного тока

исопротивления контура (б)

ВотличиеотпоследовательногоконтуравпараллельномLC-контуре

1

на резонансной частоте, определяемой из условия wРС = wР L , наблю-

дается резонанс токов (рис. 1.8б). При этом токи через L и C взаимно компенсируют друг друга, и общий ток в цепи принимает мини-

мальное значение I = U , определяемое максимальным сопротивлени-

ем (рис. 1.9б): RЭ

Рассмотрим нормализованную АЧХ напряжения на параллельном LC-контуре при U I Z. Поскольку U I Z, то

График этой зависимости качественно совпадет с графиком, представленным на рис. 1.5. Покажем, что для определения добротности параллельного LC-контура справедливы приемы, применяемые для после-

13

Из (1.15) очевидно, что добротность Q может быть определена из векторной диаграммы (рис. 1.8б). В самом деле

Можно показать, что формула (1.9) применима и для АЧХ параллельного LC-контура, описываемой выражением (1.14).

Рис. 1.10. Избирательные и режекторные цепи на основе LC-контуров

Широкое практическое применение LC-контуров в радиосхемах обусловлено ярко выраженной частотной зависимостью их полного сопротивления. На рис. 1.10 приведены примеры построения частотно зависимых делителей напряжения, используемых в качестве избирательных и режекторных цепей. АЧХ коэффициента передачи приведенных избирательных цепей соответствует кривой на рис. 1.5. При этом прошедшими через избирательный двухполюсник считаются

сигналы, амплитуда которых не менее U мах2 , т. е. за полосу пропускания

14

принимается диапазон частот в интервале от fP – f до fP + f шириной 2Δf (рис. 1.5). При комбинировании режекторных и избирательных цепей с различной частотой настройки, полосой пропускания и подавления формируются фильтры сосредоточенной селекции (ФСС) с наперед заданной АЧХ.

Практическая часть

Работа выполняется на стенде типа ЛРС-I с использованием макета «Последовательный и параллельный контуры в радиосхемах». В макете, собранном в унифицированном корпусе, на верхней панели (рис. 1.11), расположены последовательный LC- и параллельный LC-двухполюсники. Резисторы r’i = 100 Ом и r”i = 330 кОм определяют внутреннее сопротивление источников сигналов. Для подключения источника сигналов (генератор Г4-102 или генератор прямоугольных импульсов «имп. генератор», смонтированный на стенде) служат гнезда «Вх1» и «Вх2», а измерительный прибор (вольтметр ВК7-9, милливольтметр В3-38 или электронный осциллограф) включается к клеммам «Выход».

В радиотехнических цепях действуют высокочастотные и часто очень слабые сигналы. При измерении таких сигналов необходимо принимать специальные меры для уменьшения искажающего воздействия внешних измерительных цепей на нормальную работу схемы:

1. Провода, соединенные с корпусами генераторов, измерительных приборов, осциллографов и т. д., должны быть соединены с корпусом или с общим «заземленным» проводом макета.

2. Высокочастотные напряжения подавать на макет или снимать с него на измерительный прибор с помощью высокочастотного экранированного кабеля, экран (металлическая оплетка) которого обязательно соединяется с корпусом прибора и общим проводом макета.

3. Измерительные приборы не должны вносить заметных изменений в параметры и работу исследуемой схемы. Это означает, что энергия, потребляемая измерительной цепью, в идеале должна стремиться к нулю, т. е. Z ВХ ¥. Указанное требование будет выполняться, например, при входном сопротивлении вольтметра RВХ ¥ и емкости входных цепей CВХ 0 , но такие параметры недостижимы.

Реально ZВХ >> Z*; RВХ >> R*; СВХ << С* (индексом * обозначены параметры участка цепи схемы, на котором производится измерение),

15

что обеспечивается использованием ламповых вольтметров с малой входнойемкостью.Термин«ламповый»означает,чтоизмеряемыйсигнал предварительноусиливаетсяэлектронным(ранееламповым)усилителем с высоким ZВХ, а затем регистрируется стрелочным индикатором.

Несоблюдение указанных правил может привести к искажению работы схемы и к изменению частот резонанса избирательных и режекторных контуров.

Для имитации различных нагрузок гнезда «Выход» макета можно шунтировать постоянным конденсатором Сш = 91 пФ при закорачивании гнезд 15 и 16 или переменным резистором RШ, замыкая гнезда 17 и 18. Ручка регулировки РШ и шкала расположены в правой нижней части панели, а задаваемая величинаRШ выставляется с помощью вольтметра ВК7–9.

Для подсоединения последовательного контура к «Выходу» пользуются гнездами 5, 6, 7, 8. При съеме напряжения со всего контура гнезда 5 и 6 замыкаются перемычкой. Если напряжение снимается с СКI, то замыкают гнезда 7 и 8. При этом обязательно разомкнуть гнезда 5 и 6.

Параллельный контур подключают к «Выходу» замыканием перемычкой гнезд 13 и 14.

Резонансная частота LC-контуров, используемых в макетах, находится в интервале 400–600 кГц.

Задание I. Определение характеристик элементов схемы.

1)Измерить величину емкости Cк и индуктивности Lк последовательного контура. По полученным значениям определитm резонансную

частоту f0 контура. Для определения Ск и Lк воспользоваться измерителем индуктивностей и емкостей E12–1A.

2)В порядке тренировки в выполнении радиотехнических измере-

ний вольтметром ВЗ-38 измерить на частоте fp максимальное выходное напряжение генератора Г4–102 на выходном гнезде «μV».

На выходе генератора Г4–102 (гнездо «μV») ступенчатым и плавным аттенюатором установить максимально возможное выходное напряжение и подать на гнезда 1, 6 макета. На вольтметре ВЗ-38 установить предел измерений, соответствующий выходному напряжению, и подключить его к гнезду «Выход» (если измеряемое напряжение даже приблизительно неизвестно, то измерительный прибор установить на максимально большой предел, а затем постепенно уменьшать его до получения разумного отклонения стрелки индикатора).

Произвести измерение выходного напряжения генератора.

16

Рис. 1.11. Схема соединений элементов макета

17

Задание II. Исследование АЧХ режекторного фильтра.

1) Руководствуясь указаниями задания I установить выходное напряжение Г4–102 равное . Собрать на макете схему для снятия АЧХ режекторного фильтра с использованием последовательного LC-контура (рис. 1.12а). Меняя частоту Г4–102 в диапазоне (400– 600) кГц, найти резонансную частоту режекторного фильтра. Изменяя частоту генератора в диапазоне , снять АЧХ режекторного фильтра. Результаты представить в виде таблицы и графика. (Графики АЧХ задания II, пунктов 1–4 представить на одном листе). Сравнить с расчетным значением задания I, пункта 1.

Рис. 1.12. Схемы для изучения АЧХ режекторного (а)

иизбирательных (б, в) фильтров

2)Исследовать влияние шунтирующей емкости на АЧХ режекторного фильтра. В схему предыдущего задания параллельно LC-контуру

включить шунтирующую емкость Cш и снять АЧХ цепи аналогично пункту 1. Результаты представить в виде таблицы и графика.

3)Исследовать влияние шунтирующего сопротивления Rш на АЧХ режекторного фильтра. Величина шунтирующего сопротивления задается преподавателем. Заданное значение шунтирующего сопротивле-

ния устанавливается переменным резистором Rш, контроль второго производится вольтомметром ВК7–9, включенным в режим измерения

сопротивления. Затем Rш включить параллельно режекторному контуру и снять АЧХ. Результаты представить в виде таблицы и графически.

4)Исследовать одновременное влияние шунтирующей емкости

ирезистора на АЧХ режекторного контура. Значение Rш берется из предыдущего задания. Результаты представить в виде таблицы и графически. Подвести итоги задания II, пунктов 1–4. Какой шунт оказывает на режекторный контур наибольшее влияние и почему? Во всех

18

случаях вычислить коэффициент подавления режекторного контура на резонансной частоте .

Задание III. Исследование АЧХ избирательного фильтра.

1) Изменить схему включения последовательного контура, построив из него избирательный фильтр в соответствии с рис. 1.12б. Шунты отключить. Найти резонансную частоту и измерить на ней выходное

растании напряжения более 1 В в области резонанса переходить на более грубые пределы измерения вольтомметра ВЗ-38. (Зависимости задания III, пунктов 1–4 нанести на один график).

2)Исследовать влияние шунтирующей емкости на АЧХ избиратель-

ного фильтра. Снять АЧХ, включив параллельно Ск шунтирующую емкость Сш.

3)Пронаблюдать влияние шунтирующего резистора Rш на характеристику избирательного контура. Снять АЧХ контура, включив парал-

лельно Ск шунтирующий резистор Rш (величина Rш задается преподавателем).

4)Исследовать одновременное воздействие шунтирующей емкости

Сш и шунтирующего резистора Rш на АЧХ избирательной цепи. Снять АЧХ избирательного контура, включив параллельно Ск, шунтирующую емкость Сш и шунтирующий резистор Rш.

Сравнить полученные АЧХ задания III, пунктов 1–4. Объяснить сдвиг частоты и изменение полуширины избирательной цепи при включении внешних шунтов.

Задание IV. Исследование параллельного контура.

1)Исследование параллельного контура. Собрать схему для снятия АЧХ параллельного контура рис. 1.12в, используя вольтметр ВЗ-38. Вращая ручку частоты генератора Г4–102 в интервале (400–600) кГц, найти резонансную частоту . Снять АЧХ, расстраивая генератор по обе. сто-

2)Исследовать влияние шунтирующей емкости на АЧХ параллельного контура. Получить АЧХ параллельного контура, включив параллельно контуру шунтирующую емкость Сш.

3)Пронаблюдать влияние шунтирующего резистора Rш на АЧХ избирательного параллельного контура. Снять АЧХ контура, включив

параллельно ему шунтирующий резистор Rш (значение шунтирующего сопротивления задает преподаватель).

19