ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №8

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЗОНАНСНЫХ ЯВЛЕНИЙ В ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОМ КОЛЕБАТЕЛЬНОМ КОНТУРЕ

Цель работы: изучить явления, происходящие в последовательном колебательном контуре в момент резонанса и при расстройке.

Домашнее задание

1. Изучите по [1], [2] тему «Резонанс напряжений».

2. Подготовьте бланк отчета.

3. Подготовьте ответы на вопросы для самопроверки.

4 Решите задачу:

В последовательном колебательном контуре L=5 мГн, R=100 Ом, C равно номеру записи студента в учебном журнале в нФ. Рассчитайте резонансные частоты ω₀ и f₀, характеристическое сопротивление ρ, добротность контура Q, полосу пропускания П, нарисуйте схему цепи.

Вопросы для самопроверки

1. Дайте определение последовательного колебательного контура.

2. Дайте определение резонанса.

3. Чему равен угол φ в момент резонанса напряжений?

4. Чему равно входное сопротивление последовательного колебательного контура в момент резонанса напряжений?

5. Запишите формулу входной АЧХ последовательного колебательного контура и нарисуйте ее график.

6. Дайте определение расстройки, запишите формулы расстроек.

7. Запишите формулу резонансной частоты.

8. Дайте определение и запишите формулу характеристического сопротивления.

9. Почему явление называется «резонанс напряжений»?

10. Нарисуйте векторную диаграмму напряжений в момент резонанса напряжений.

Приборы и оборудование

1. Лабораторный стенд ЛКТЦ.

2. Соединительные провода (10 шт).

Порядок выполнения работы

1. Проверка подготовки студентов к лабораторной работе по вопросам для самопроверки.

2. Подготовка лабораторной установки к работе, получение инструктажа по технике безопасности.

   1. Ознакомление с элементами, из которых собирают исследуемую цепь (рисунок 8.1): генератором на блоке Г3, вольтметрами V2 и V3, элементами R_А, R_Ш3, R_В, L_А, C_А, фазометром, осциллографом.

   2. Соберите электрическую цепь по схеме (рисунок 8.1). Обозначение пунктир (---) означает, что у данных устройств вторая клемма уже заземлена и ее дополнительно заземлять не надо (V2, V3), V1 подключен к Г3 уже в стенде.

Рисунок 8.1 – Схема исследуемого колебательного контура

3. Поставьте переключатели в следующие позиции:

– на блоке Г1 тумблер в положение «ВНУТР», переключатель диапазонов в позицию 2…20 кГц, регулятор частоты до отказа против часовой стрелки.

– на блоке Г2 переключатель формы сигнала в положение «f var » (крайняя позиция слева).

– на блоке Г3 тумблеры в положения «НОРМ» и «10 В».

– на блоке «V3-φ» переключатель в положение φ, тумблер напряжения в положение «1 В».

2.4 Пригласите преподавателя проверить собранную цепь.

2.5 Включить тумблеры в следующей последовательности: «СЕТЬ», «ГЕНЕРАТОР», «V2», «V3-φ».

3. Произведите исследования последовательного колебательного контура в момент резонанса и при расстройке. Для этого:

   1. На блоке генератора Г3 ручкой регулировка напряжения установите по верхней шкале вольтметра PV1 напряжение на входе цепи 2 В.

ВНИМАНИЕ! При дальнейших опытах поддерживайте это значение напряжения неизменным на различных частотах и при различных сопротивлениях.

2. На блоке генератора Г1, изменяя частоту ручкой «ПЛАВНО», отыщите резонансную частоту. Определите момент резонанса следя за показаниями фазометра. Угол «φ» в момент резонанса должен быть близок к «0».

3. Запишите в таблицу 8.1 значение резонансной частоты f₀ (соответствует строке «4», где φ=0).

4. Запишите показания вольтметра PV2. Это будет U_ВЫХ.

Таблица 8.1 – Экспериментальные и расчетные данные исследования последовательного колебательного контура

RА=100 Ом								RВ=500 Ом
	Из опыта				Вычисления			Из опыта				Вычисления
№ п/п	f, кГц	φ, град	U3, мВ	U2, В	I, мА	К	К/К0	f, кГц	φ, град	U3, мВ	U2, В	I, мА	К	К/К0
1		70							70
2		60							60
Продолжение таблицы 8.1
3		45							45
4	f0	0						f0	0
5		45							45
6		60							60
7		70							70

5. Переключатель на блоке фазометра переведите в положение «V3» и запишите в таблицу 8.1 полученное значение напряжения на PV3, которое будет соответствовать напряжению на R_Ш3.

6. Переключатель на блоке фазометра вновь переведите в положение «φ».

7. Повторите измерения согласно пунктам 3.2…3.6 для всех остальных значений угла φ таблицы 8.1. Для этого: изменяя частоту ручкой «ПЛАВНО», установите на фазометре угол 45º, затем 60º, затем 75º. Значения частоты должны быть меньше резонансной f₀ (что соответствует емкостному характеру сопротивления контура). Затем установите те же углы 45º, 60º, 75º, но уже для частот больших резонансной f₀ (что соответствует индуктивному характеру сопротивления контура).

8. Вместо резистора R_А установите резистор R_В=500 Ом и повторите пункты 3.1…3.7.

Внимание! Убедитесь, что при разных сопротивлениях R_А=100 Ом и R_В=500 Ом резонанс наступает на одной и той же частоте.

9. По результатам измерений рассчитайте ток , коэффициент передачи и К/К₀, где К₀ - коэффициент передачи на резонансной частоте.

10. Расчетные данные занесите в таблицу 8.1.

11. По результатам измерений и вычислений постройте в одной системе координат графики К/К₀=F(f) для двух значений сопротивлений R_А=100 Ом и R_В=500 Ом.

12. На построенных графиках покажите полосу пропускания контура для двух значений сопротивлений и рассчитайте её через граничные частоты.

4 После снятия данных и представления их преподавателю, выключить стенд в следующем порядке: «V2», «V3-φ», «ГЕНЕРАТОР», «СЕТЬ»