Исследование свободных колебаний в контурах

Методическое пособие по лабораторной работе

Оглавление

Введение

Принципиальная схема лабораторной установки Программа исследований

Свободные колебания в контурах, импульсные характеристики цепи

Одиночный колебательный контур

Колебательный режим Апериодический режим Критический режим

Система связанных контуров

Связь контуров с одинаковыми резонансными частотами Связь контуров с разными резонансными частотами

Вопросы для самопроверки

Порядок выполнения работы

Свободные колебания в одиночном контуре Свободные колебания в индуктивно связанных колебательных контурах

Дополнительные вопросы

Автор работы: доцент А. Д. Жуков

Введение

Цель лабораторной работы — наблюдение и исследование свободных (собственных) колебаний в одиночном колебательном контуре и в системе двух индуктивно связанных колебательных контуров при импульсном воздействии электродвижущей силы. Временные характеристики этих процессов играют важную роль при анализе функционирования электронных устройств, содержащих колебательные системы.

Принципиальная схема лабораторной установки

Схема электрической цепи лабораторной установки приведена на рис. 1.

Рис. 1. Схема электрической цепи лабораторной установки

Объектами исследования являются два колебательных контура. Первый контур образован последовательным соединением катушек индуктивности L1, L'1 и конденсатора С1, второй — соединением катушки индуктивности L2 и конденсатора C2. Между катушками контуров за счет взаимной индукции М2 образована варьируемая индуктивная связь. При М2 ≠ 0 цепь превращается в систему индуктивно связанных контуров. Для изучения различных режимов свободных колебаний в первый контур включен резистор rдоб, сопротивление которого можно изменять, имитируя тем самым изменение сопротивления потерь в контурах.

Колебания в контурах возбуждаются генератором кратковременных импульсов. Генератор вмонтирован в корпус лабораторной установки. ЭДС импульсной формы вводится в первый контур посредством индуктивной связи М1. Для измерений используются: двухканальный осциллограф, резонансный волномер, милливольтметр.

Резонансный волномер построен на основе высокодобротного колебательного контура, состоящего из катушки индуктивности L3 и конденсатора С3 (см. рис. 1). Волномер позволяет измерять частоту колебаний, возникающих в контурах. Благодаря индуктивной связи М3 небольшая доля энергии колебаний, возбужденных в контурах, попадает в контур резонансного волномера. С помощью конденсатора переменной емкости С3 резонансная частота контура волномера перестраивается. Если частота возбужденных колебаний совпадает с резонансной частотой контура волномера, амплитуда наводимого на элементах волномера напряжения будет максимальна. По известной частоте настройки волномера находят частоту колебаний в контуре. К лабораторному макету прилагаются необходимые градуировочные графики.

Программа исследований

Экспериментальная часть лабораторной работы состоит из двух разделов — сначала исследуются свободные колебания в одиночном последовательном колебательном контуре, затем изучаются свободные колебания, возникающие в индуктивно связанных контурах. При подготовке к лабораторной работе необходимо изучить настоящее описание и ознакомиться с краткими инструкциями по эксплуатации осциллографа и вольтметра.

Программой работы предусмотрено:

изучение собственных колебаний в одиночном колебательном контуре — в опыте наблюдается напряжение на конденсаторе контура при различных потерях, вводимых в контур посредством добавочного резистора rдоб;

исследование зависимости частоты собственных колебаний контура от емкости конденсатора;

нахождение по результатам измерений параметров одиночного колебательного контура — сопротивления потерь контура, собственной емкости катушки индуктивности, а также затухания и добротности, соответствующих разным сопротивлениям добавочного резистора;

получение свободных колебаний в индуктивно связанных контурах, настройка контуров на одинаковые резонансные частоты;

измерение частот связи при различных значениях коэффициента связи, построение градуировочной кривой коэффициента связи;

исследование зависимости частот связи от расстройки контуров при фиксированном значении коэффициента связи;

Подробное задание по каждому пункту исследований приведено в конце пособия.

По окончании экспериментов составляется итоговый отчет, в котором формулируются цели работы; чертятся схемы измерений с указанием параметров элементов, используемых при построении цепей. По каждому пункту задания приводятся их названия, результаты измерений (осциллограммы), графики снятых зависимостей, результаты расчетов с указанием используемых расчетных формул. Полученные результаты анализируются, в итоговых выводах объясняются наблюдаемые эффекты, предлагаются обоснованные объяснения выявленных расхождений теоретических и экспериментальных данных.