Измерения и обработка результатов

Задание 1. Изучение явлений резонанса в последовательном контуре и экспериментальное определение его параметров.

При необходимости соединить коаксиальными кабелями вход лабораторного стенда с выходом генератора НЧ (ГЗ-112), со входом частотометра (Ч3 – 63) и электронного вольтметра (В3 – 56), с правым каналом двухлучевого осциллографа (С1 – 118А), а при наличии фазометра со входом 1-го канала фазометра (Ф – 1). Выход 2 лабораторного стенда соединить с левым каналом осциллографа, вторым электронным милливольтметром (В3 – 56), и при наличии фазометра и со 2-ым каналом фазометра.

Установить на стенде тумблер К₂ – в положение “последовательный контур”, К₁ – в положение R₃ = 50 Ом, К₃ – в положение С = 300пФ, К₄ – в положение “посл”.

Установить ручки управления измерительных приборов в положение максимального ослабления сигнала.

Включать приборы в сеть только при проверке схемы преподавателем!

Включить приборы и после пятиминутного прогрева установить на выходе генератора НЧ по милливольтметру сигнал амплитудой 1  2В в частотном диапазоне 100  1000 кГц. При f = 400 кГц произвести настройку осциллографа до появления устойчивых осциллограмм входного и выходного сигналов. Синхронизацию луча осциллографа осуществлять по входному сигналу.

Изменяя частоту сигнала генератора в диапазоне 100  1000 кГц наблюдать у выходного сигнала (вых. 2) по осциллографу и милливольтметру изменение амплитуды и фазовый сдвиг. Выбрать приемлемый интервал частот для полного воспроизведения АЧХ колебательного контура. Снять показание приборов для построения АЧХ и ФЧХ при двух значениях внутреннего сопротивления источника сигнала R₃=50Ом и R₂ = 150 Ом. Результаты измерений занести в таблицу 1.

Произвести вычисления К нормированного к “1”, f_рез, Δf, L и Q согласно приведенной ранее теории.

Таблица 1

R₃ = 50 Ом (12 кОм) R₂ = 150 Ом (2 кОм)

N U_вх. f C U_вых К  К_н f_р f L Q U_вых К  К_н f_р f L Q

В кГц пФ В гр. кГц кГц мГн В гр. кГц кГц мГн

1

2

3

…

По результатам эксперимента построить график зависимости К_норм(f) и Δφ(f). Произвести измерения f_p, Δf и вычислить L и Q.

Используя параметры колебательного контура и теоретические выражения K(f) и φ(f), рассчитать на ЭВМ и построить теоретические кривые K(f) и φ(f) и сравнить с экспериментом.

Задание 2. Изучение явлений резонанса в параллельном контуре и экспериментальное определение его параметров.

Переключить тумблер К₂ в положение “параллельный контур”, К₁ в положение 2 или 12 кОм, К₃ – в положение С = 300 пФ, К₄ в положение “парал”.

Повторить измерения, графические построения и вычисления, аналогичные заданию 1. Результаты измерений и вычислений свести в таблицу, аналогичную таблице 1.

Задание 3. Применение варикапов в качестве конденсаторов переменной емкости, управляемых напряжением. Определение области перекрытия варикапов.

Переключить при необходимости:

К₁ – в положение R₁ = 12 кОм;

К₂ – в положение “параллельный контур”;

К₃ – в положение “варикап”;

К₄ – в положение “парал”.

Тумблер “сеть” перевести в положение “Вкл.”

При различных напряжениях смещения на варикапах, изменяемых резистором R₆ и измеряемых по шкале вольтметра, встроенного в лабораторный стенд, по осциллографу или электронному вольтметру определить значение резонансной частоты.

Показания частотомера и вольтметра занести в таблицу 3.

Таблица 3

№ U_сн f_рез L C ΔC

В кГц мГн пФ пФ

1 0

2 1

… …

11 10

Зная величину индуктивности L (параллельный контур), вычисленную в задании 2 по f_рез, рассчитать значение С – варикапа при различных напряжениях смещения. Построить график зависимости С=f(U_см). Определить область перекрытия емкости варикапов.

Задание 4. Наблюдение реакции резонансного контура на скачок напряжения.

На панели генератора НЧ сигнала переключить тумблер в положение . Для последовательного контура при его максимальной и минимальной добротности пронаблюдать и зарисовывать переходную характеристику. Дать теоретическое обоснование наблюдаемому процессу. По осциллограммам измерить логарифмический декремент затухания.

Задание 5. Компьютерное моделирование лабораторного эксперимента по исследованию параллельного и последовательного колебательных контуров.

1. Используя программное обеспечение, предлагаемое преподавателем (Electronics Workbench 3.0E или CircutMaker v. 5.0), построить на экране компьютера последовательный колебательный контур.

2. Подключить к этой электронной цепи функциональный генератор, осциллограф и измеритель частотных характеристик.

3. Задавая параметры цепи аналогичные тем, что использовались в эксперименте, наблюдать по осциллографу форму входного и выходного сигналов, а по измерителю частотных характеристик амплитудно-частотную и фазово-частотную характеристики цепи.

4. Измерить: резонансную частоту контура f_р при различных R_г (внутренних сопротивлениях генератора), полосы пропускания f и коэффициенты передачи К при f_р.

5. Данные, полученные при компьютерном моделировании, сравнить с экспериментальными.

6. Переключить функциональный генератор на выходной сигнал П-образной формы и наблюдать на экране осциллографа при понижении частоты отклик системы на импульсное воздействие (переходные характеристики).

7. Провести аналогичный компьютерный анализ параллельного колебательного контура.

8. Графический материал распечатать на принтере и приложить к отчету.

После выполнения эксперимента, построения графиков и проведения расчетов сделать краткие выводы по работе и ответить на следующие контрольные вопросы:

1. Зависит ли от частоты активное сопротивление эл. цепи?

2. Нарисуйте эквивалентную схему конденсатора и катушки индуктивности, учитывая не идеальность диэлектрика, активное сопротивление и межвитковую емкость.

3. На сколько процентов отличается частота колебаний в контуре добротностью Q = 10 от собственной частоты контура.

4. Как изменится добротность параллельного контура с параметрами L, R, C при подключении некоторой нагрузки сопротивлением R_н?

5. Параллельный колебательный контур имеет параметры С = 0,1 мкФ, L = 1 мГн, Q = 50. Какими будут коэффициент передачи К на f_рез частоте и относительная полоса пропускания схемы Δf/f_р, если контур подключить к генератору с внутренним сопротивлением R=10 кОм?

6. Как зависит длительность переходного процесса от полосы пропускания цепей?