Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Радиотехнические цепи и сигналы. Лабораторный практикум. Учебное пособие.pdf
51
Она включает в себя источники синусоидального (I1) и импульсно-
Номер стенда
1 2 3 4 5 6 7 8 9
10
C [нФ]
6.4
7.2
8.0
8.8
9.6
10.4
11.2
12.0
12.8
13.6
L1 [мГн]
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
L2 [мГн]
0.8
0.75
0.7
0.65
0.6
0.55
0.5
0.45
0.4
0.35
Rп [Ом]
50
47
44
41
38
35
32
29
26
23
Rш [кОм]
4 5 6 7 8 9 10
11
12
13
( )
ЧП ЧП
00 0ш 0ш
, , , ff f f
()ρ
( )
ЧП
вн вн
,RR
( )
( )
ЧП ЧП
0,7 0,7 0,7ш 0,7ш
2 , 2 , 2 , 2ff f f∆∆ ∆ ∆
го (I2) токов, двухканальный осциллограф (XSC1) и два цифровых
вольтметра (Uвых1, Uвых2), измеряющих действующее гармоническое напряжение на контуре при полном и частичном подключении
источников соответственно.
С помощью ключа Кл2 параллельно контуру можно присоединить
шунтирующий резистор Rш.
Переключателем Кл3 можно подключить источники тока и шунт к
полному контуру и или его части.
Параметры контура и сопротивления шунта для каждого рабочего
места заданы в табл. 7.1.
Таблица 7.1
Параметры
7.3. ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ
Объем задания уточняется у преподавателя.
Изучите основные вопросы теории контуров по конспекту лекций и
литературе [4, с. 81–88 или 5, с. 45–52].
Указание. Все последующие расчеты и графические построения выпол-
няются для нешунтированного и шунтированного контура при полном и частичном подключении (ЧП). Результаты (кроме п. 9) заносятся в табл. 7.2.
1. Рассчитайте резонансную частоту
циент подключения (p) контура.
2. Рассчитайте характеристическое сопротивление
вивалентные сопротивления, вносимые в контур при шунтировании
полного и ЧП контуров
3. Рассчитайте добротность
ния
.
ЧП ЧП
, , , QQ Q Q
эш эш
контура.
и коэффи-
, а также эк-
и полосу пропуска-
52
4. Рассчитайте и постройте нормированные резонансные кривые
ЧП ЧП
шш
(), () , (), ()nf nf n f n f
( )
( )
шш
( )
ЧП ЧП
у уш у уш
, , , tt t t
чп чп
н н нш нш
(), (), (), () hthth th t
у
t
(
ЧП
р рш р
, , ,ZZ Z
)
ЧП
рш
Z
1
1 мA
m
I =
вых1
U
1
1 мA
m
I =
(I2)
Параметры
р
f
,
кГц
p ρ
,
Ом
вн
R
,
кГц
Q
0,7
2 f∆
,
кГц
р
Z
,
кОм
α
τ
,
у
t
,
мс
U
,
В
2m
I
,
мА
Полный контур (ПК)
ПК с шунтом
Частично
контур
ЧП контур
с шунтом
контура. Пометьте на каждой кривой по-
лосу пропускания.
5. Рассчитайте коэффициент затухания
янную времени
ЧП ЧП
, , , ττ τ τ
и время установления переходного
, , , αα α α
ЧП ЧП
эш эш
, посто-
процесса
.
6. Изобразите качественно графики нормированных переходных
характеристик
. Пометьте на графиках
7. Рассчитайте резонансное сопротивление контура
.
8. Вычислите действующие значения напряжения на полном (U
и ЧП (U
гармонического тока
) контуре без шунта и с шунтом, если амплитуда входного
вых2
.
9. Вычислите действующие значения напряжения на полном
(
) контуре при подключении входного гармонического тока ам-
плитудой
к части контура (без шунта и с шунтом).
10. Определите амплитуду прямоугольных импульсов источника
тока
, которые необходимо подать на контур так, чтобы на выходе
осциллограф показал нормированную переходную характеристику.
Таблица 7.2
Вид контура
,
мс
вых
.
вых1
)
подключенный (ЧП)
53
Пояснения и расчетные соотношения
0
()f
()ρ
п
()R
()Q
00 п
п
1
/ 2 , , , .
2
LC
L
f RrrQ
CR
LC
ρ
=ω π= ρ= = + =
π
Z
р
0
п00
22
X
ff
f
aQ Q
Rff
−
∆
=≈=
0
()f ff∆= −
0
ff∆
2
р вх 0 п
()( )Z Zf R Q= =ρ=ρ
( ):na
вх
2
р
()
11
( ) exp[ arctg( )]
1
1+
Za
na j a
Z ja
a
= = = −
+
( , )ff
1 2 0.707=
0,7
(2 )f∆
0,7 гр.в гр.н 0
2( )f f f fQ∆= − =
Резонансная частота
эквивалентное сопротивление потерь
, характеристическое сопротивление
и добротность контура
рассчитываются по формулам:
Комплексное входное сопротивление контура определяет его свой-
ства в частотной области.
2
ρ
п
р
, (7.2)
где
( )( 1 )
r jLr jC
+ω + ω
Z
LC
= = =
вх
( 1 ) ( ) 1+
r r j L j C R jX ja
+ +ω+ ω +
LC
– обобщенная расстройка;
– соответственно абсолютная и относительная расстройки.
Входное сопротивление параллельного контура на резонансной ча-
стоте (резонансное сопротивление)
. (7.2а)
Нормированная комплексная передаточная характеристика резо-
нансного контура
,
(7.1)
,
Колебательный контур можно использовать в качестве полосового
фильтра. Нижняя и верхняя граничные частоты
пропускания фильтра вычисляются по уровню
мума АЧХ. Полоса пропускания контура
ротности
. (7.3)
гр.н гр.в
полосы
от макси-
зависит от его доб-
. (7.4)
54
Свойства цепи во временной области определяются переходной
н0
()
( ) sin( )
t
ht
ht e t
−α
=≈ω
ρ
()α
к
()τ
0,7
00
п
к
2
1
22 2
f
f
R
L QQ
∆
ωπ
α= = = = =
τ
()ht
ук 0 0
0.7
1
3 32
2
t Q Qf
f
≈τ= ⋅ ω≈ =
∆
рш р ш р ш р р ш
( ) (1 )Z ZR Z R Z Z R= += +
2
вн ш
RR= ρ
вн
()R
Q
ρ
характеристикой h(t). В нашем случае h(t) представляет собой реакцию
контура на единичный скачок тока и имеет размерность сопротивления.
Для контура с малыми потерями нормированная переходная харак-
теристика
. (7.5)
Коэффициент затухания
и постоянная времени контура
. (7.6)
Длительность переходного процесса (t
), т. е. время затухания в кон-
у
туре собственных колебаний, можно определить графически по уровню
0.05 от максимального значения
или вычислить по формуле
. (7.7)
Подключение параллельно контуру сопротивления шунта умень-
шает входное сопротивление контура на резонансной частоте
. (7.8)
Параллельное сопротивление шунта, пересчитанное в последова-
тельное сопротивление потерь, называется вносимым сопротивлением:
. (7.9)
Появление в контуре дополнительного сопротивления потерь
меняет его частотные и временные свойства. Численно изменения
можно оценить с помощью эквивалентной добротности и эквивалентного коэффициента затухания:
Q
= =
эш
R R ZR
++
п вн р ш
1
(7.10а)
;
55
р
п вн
эш
ш
1
2
Z
RR
LR
+
α= =α+
. (7.10б)
( )
22
рр
пп
LL
ωω
21 2
( )1pL L L= +<
12
()LLL= +
( )
ЧП 2 2
рш р р ш
1Z pZ pZ R= +
22
шш
LL
()U
( )
ш
вых1
U
вых2
()U
( )
ш
вых2
U
1m
I
ш
вых1 1 р вых1 1 рш
; ;
mm
U IZ U IZ= =
ЧП ш ЧП
вых2 1 р вых2 1 рш
;
mm
U IZ U IZ= =
Для ослабления влияния сопротивлений, шунтирующих контур,
используют сложные контуры с разделенными реактивными элементами. Их называют контурами с частичным подключением (ЧП).
При частичном подключении резонансная частота не меняется, а
ЧП
входное сопротивление контура
уменьшается:
Z
р
2
L
2
, (7.11)
где
( ) ()
ЧП 2
Z pZ
02 0
= = =
R LR
– коэффициент включения;
ная индуктивность.
Входное сопротивление при шунтировании частично подключен-
ного контура равно
. (7.12)
Важно! Вносимое сопротивление потерь при шунтировании толь-
ко части контура уменьшается в p
( ) ()
ЧП 2 2
R p pR
= = =
вн вн
2
раз:
ωω
02 0
RR
, (7.13)
т. е. влияние шунта на свойства контура ослабляется.
Амплитуда напряжения на полном
ном
, частично подключенном
ном шунтированном контуре
амплитудой
:
при подключении к нему тока
, полном шунтирован-
вых1
и частично подключен-
– пол-
(7.14а)
. (7.14б)
56
Важно подчеркнуть. При подключении к источнику тока только
2
()U
1
()U
UU U U LL p= = =
ЧП ЧП
р рш
ЧП ЧПш
вых1 1 вых1 1
,
mm
ZZ
UI U I
pp
= =
0 0,7
( , 2 )ff∆
1
1 мA
m
I =
0
f
0.1кГцf∆ ≈±
вых1
()U Ff=
1
1мA
m
I =
части контура выходное напряжение, снимаемое с этой части
изменяется в p
как
21 2LL
раз, а снимаемое с полного контура
2
в p раз, так
2
. (7.15)
7.4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
Объем задания уточняется преподавателем.
Внимание! По результатам эксперимента проводится расчёт и за-
полняется таблица, аналогичная табл. 7.2.
1. Определите экспериментальные значения резонансной частоты и
полосы пропускания полного нешунтированного контура
.
Откройте файл «ЛР 7 – (номер стенда). Парал. контур.ms10» со
своим номером стенда (1…8). Ключом Кл1 присоедините к полному
контуру источник синусоидального тока (I1). Дважды кликните на
значке источника. Откроется вкладка «AC_CURRENT». В строке «Частота (F)» установите рассчитанную в предварительном задании (п.1)
резонансную частоту, а в строке «Ток (Pk)» амплитуду входного тока
.
Экспериментальное значение
казаний вольтметра (U
вых1
). Для этого незначительно (с шагом
определите по максимуму по-
) изменяйте частоту источника (I1) в обе стороны от рас-
четной. Оцените экспериментальную полосу пропускания контура по
уровню 0.707 от максимума. Результаты показаний U
вых1
, U
вых2
занеси-
те в таблицу.
2. Снимите резонансную кривую
полного нешунтиро-
ванного контура. Резонансную кривую получите автоматически путем
анализа схемы на переменном токе. Для этого сначала дважды кликните на значке источника тока I1 и в меню «Value» открывшейся вкладки
в строке «AC Analysis Magnitude» установите амплитуду входного тока
. Затем через пункты главного меню «Simulate» → «Analysis»
откройте вкладку «AC Analysis». В пункте «Frequency Parameters»
установите начальное (FSTART) и конечное (FSTOP) значения часто-
,
57
ты (30 и 70 кГц соответственно). В пункте «Output» выберите пере-
12кГцf∆≈
р
( , , )QZ ρ
1 2 кГцF ≈
2 m
I
к
и ατ
ук
( , , ) t ατ
менную, для которой производится анализ (V7). Кнопкой «Simulate»
запустите процесс анализа. В открывшемся окне «Grapher View» будут
построены АЧХ и ФЧХ контура.
С помощью курсора перенесите и постройте нормированную резо-
нансную кривую на одном графике с рассчитанной в предварительном
задании (п. 4). Можно использовать шаг по частоте
или
задавать относительные уровни напряжения 0.9; 0.7; 0.5; 0.3; 0.2.
Определите по графику резонансную частоту и полосу пропуска-
ния контура. По полученным данным вычислите экспериментальные
значения
и занесите их в таблицу. Сравните эксперимен-
тальные и расчетные результаты.
3. Повторите п. 2 для шунтированного контура. Результаты показа-
ний U
вых1
, U
занесите в таблицу.
вых2
4. Повторите п. 2 при подключении источника тока к части контура
без шунта и с шунтом. Результаты показаний вольтметра Uвых1 сравните с рассчитанными в п. 9 предварительного задания.
5. Получите осциллограммы переходных характеристик нешунти-
рованного и шунтированного контура при полном и частичном подключении.
На вход схемы подайте последовательность прямоугольных им-
пульсов от источника тока I2. Активизируйте мышкой вкладку источника «CLOCK_CURRENT» и во вкладке меню «Value» установите ча-
стоту повторения импульсов
, амплитуду
возьмите
из п. 10 предварительного задания.
Активизируйте осциллограф. Установите удобные для наблюдения
масштабы по оси времени (Scale Timebase) и по оси напряжений (Scale
Channel A, B). Зарисуйте полученные осциллограммы в отчете. С помощью курсоров оцените экспериментальное время установления переходного процесса по уровню 0.05 от максимума. Вычислите экспе-
риментальные значения
Занесите полученные результаты
.
в таблицу и сравните
их с расчетными.
58
7.5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Резонанс токов. Условие резонанса, резонансная частота, харак-
теристическое сопротивление.
2. Изобразите на одном графике зависимости модуля сопротивле-
ния реактивных элементов от частоты и модуля входного сопротивления контура.
3. Получите выражение для входного сопротивления параллельно-
го колебательного контура, изобразите графики АЧХ и ФЧХ.
4. Векторная диаграмма токов и напряжений контура при резонан-
се и при расстройке.
5. Добротность контура. Связь с параметрами элементов.
6. Влияние сопротивления шунта на свойства контура.
7. Параллельный контур как полосовой фильтр. Нормированная
АЧХ. Граничные частоты, полоса пропускания, ее зависимость от параметров контура и сопротивления шунта.
8. Абсолютная, относительная и обобщенная расстройки.
9. Резонансное сопротивление простого параллельного контура,
сложных контуров, коэффициент включения.
10. Влияние внутреннего сопротивления источника на эквивалент-
ную добротность простого контура, сложных контуров, на полосу пропускания.
11. В каких случаях используются сложные параллельные контуры?
12. Переходная характеристика контура. Коэффициент затухания,
влияние сопротивления шунта.
13. Декремент затухания контура, логарифмический декремент за-
тухания.
14. Время установления переходного процесса, связь с полосой про-
пускания, влияние сопротивления шунта.
59
Работа № 8
n
ВЛИЯНИЕ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ
НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛИНЕЙНОЙ ЦЕПИ
8.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Изучение влияния обратной связи на частотные и временные ха-
рактеристики резонансного усилителя.
8.2. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО УСТРОЙСТВА
Схема эксперимента показана на рис. 8.1. Резонансный усилитель
собран на полевом транзисторе (VT1) с управляемым р–n-переходом
(канал
тельный контур (C1, L1, Rп).
-типа). Нагрузкой транзистора служит параллельный колеба-
Рис. 8.1. Схема исследований резонансного усилителя с ОС
60
Трансформатор Тр (β) осуществляет обратную связь (ОС). Коэф-
β
Ключ Кл3 («ОС») замыкает обратную связь. Ключ Кл4 «ПОС»
Пара-
Номер стенда
1 2 3 4 5 6 7 8 9
10
C, нФ
9.6
8.96
8.32
7.68
7.04
6.4
5.76
5.12
4.48
3.84
L, мГн
0.8
0.96
1.12
1.28
1.44
1.6
1.76
1.92
2.08
2.24
Rп, Ом
20
24
28
32
36
40
44
48
52
56
U0, В
–0.4
–0.5
–0.6
–0.7
–0,8
–0.9
–1
–1.1
–1.2
–1.3 k 0.6
0.58
0.56
0.54
0.52
0.5
0.48
0.46
0.44
0.42
U
I
ст, мА
фициент трансформации и, следовательно, коэффициент передачи четырехполюсника ОС
регулируются от 0 до 1.
–
«ООС» (положительная – отрицательная) меняет ее тип.
На вход 2 усилителя ключами Кл1, Кл2 можно подать либо гармо-
нический, либо импульсный сигнал от источников напряжения V1, V2.
Напряжение смещения (рабочая точка транзистора) задается источником Uо.
Параметры усилителя для каждого рабочего места различны и за-
даны в табл. 8.1.
Таблица 8.1
метры
Сток-затворная вольт-амперная характеристика (ВАХ) транзистора
изображена на графике рис. 8.2 и задана в табл. 8.2.
Рис. 8.2. Проходная ВАХ транзистора