Работа № 6. Исследование свободных колебаний в замкнутом колебательном контуре.

 

В данной работе изучаются переходные процессы, возникающие в параллельном колебательном контуре при ударном возбуждении последнего. Колебательный контур – один из наиболее важных элементов радиотехнической системы, поскольку именно он определяет частотные избирательные (селектирующие) свойства.

Основным (рабочим) для контура является режим вынужденных колебаний. Однако, основные параметра контура проще определить по его свободным колебаниям, которые носят затухающий во времени характер. Анализируя переходный процесс, который при достаточно большом активном сопротивлении нагрузки может быть и апериодическим, удаётся оценить резонансную частоту и полосу пропускания контура, добротность и декременты затухания. Данная работа предусматривает варьирование параметров контура, что позволяет оценить их влияние на характер процессов.

 

Необходимые инструменты и приборы.

Макет лабораторной работы.

Генератор сигналов DG1000.

Осциллограф RIGOL_DS1000CA-D-E

 

Краткое описание макета.

Макет лабораторной работы содержит схему формирования прямоугольного сигнала, колебательный контур и блок питания.

Схема формирования представляет собой усилительный каскад, работающий в режиме двустороннего ограничения входного сигнала (рабочая точка входного каскада при максимальном отрицательном сигнале заходит в область отсечки, а при максимальном положительном входном напряжении смещается в область насыщения выходного тока).

Напряжение питания выходного каскада при этом меняется от величины до . В цепь нагрузки выходного каскада включена катушка контура , шунтированная сопротивлением R и ёмкостью C. При работе схемы контур возбуждается перепадом тока в цепи, и в нём возникают собственные колебания с частотой . Частоту колебаний можно менять, переключая ёмкость контура.

Сопротивление R и выходное сопротивление каскада вносят затухание в контур. Для исследования влияния сопротивления на характер процессов в контуре оно сделано переменным.

Методика измерений.

 

При экспериментальном определении параметров колебательного контура по кривой изменения напряжения в контуре можно найти основные характеристики его.

Зная величины двух соседних амплитуд (рисунок 8), можно вычислить логарифмический декремент затухания .

.

Добротность Q параллельного колебательного контура связана с соотношением:

.

Резонансная частота

.

 

Характеристическое сопротивление

.

Сопротивление контура при резонансе

,

где - активное сопротивление катушки контура.

Если контур зашунтирован сопротивлением R, то его эквивалентная добротность определяется соотношением

,

а эквивалентное сопротивление шунтированного контура

.

При критическом режиме

.

Рисунок 8

 

Порядок выполнения работы.

1. Подсоединить выход генератора ко входу макета, а к выходным клеммам макета подключить осциллограф.

2. Ознакомиться с порядком настройки генератора и осциллографа.

3. Включить приборы и макет в сеть, после чего настроить осциллограф.

4. Установить переключатель в положение , регулятор сопротивления - в крайнее левое положение ().

5. Установить частоту колебаний синусоидального сигнала в пределах 200-250 Гц, выходное напряжение генератора должно быть равно 30 В. Пользуясь ручкой “регулировка ” макета, входное напряжение подобрать таким, чтобы на экране осциллографа была видна картина затухающих колебаний, содержащая 3-6 периодов.

6. Изменяя и , исследовать влияние этих элементов на характер колебаний в контуре (частоту, амплитуду и скорость затухания). Записать в отчёт результаты наблюдений.

7. Определить экспериментально характеристики контура. Установив величины (по указанию преподавателя) и , получить на экране устойчивую картину затухающих колебаний. Зарисовать полученную кривую. Замерив по сетке осциллографа величину двух соседних амплитуд (рис. 8), вычислить логарифмический декремент затухания и по найти добротность контура Q. Для исследуемого контура вычислить резонансную частоту и характеристическое сопротивление контура .

Параметры исследуемого контура следующие:

По величинам рассчитать сопротивление контура при резонансе.

8. Зашунтировать контур сопротивлением так, чтобы характер процесса остался колебательным. Повторив измерения, найти новое значение и определить величину эквивалентной добротности контура . Далее) найти величину сопротивления , шунтирующего контур.

9. Изменяя сопротивление , установить критический режим работы контура. Зарисовав полученную кривую, определить величину шунтирующего сопротивления.

 

Контрольные вопросы

 

1. Что такое характеристическое сопротивление колебательного контура, и как его измерить?

2. Что такое эквивалентное сопротивление шунтированного контура при резонансе, и как его измерить?

3. Как определяются полоса пропускания колебательного контура и эквивалентная добротность?

4. Как связана добротность колебательного контура с логарифмическим декрементом затухания?

 

 

Литература

1. Теоретические основы радиотехники: Учебное пособие / М.Т. Иванов, А.Б. Сергиенко, В.Н. Ушаков; Под редакцией В.Н. Ушакова.- 2-е издание, стереотипное - М.: Высшая школа, 2008.— 306 с: ил.

2. Семенцов В.И. Сборник задач по теории цепей: Учебное пособие / В.И. Семенцов, В.П. Попов, В.Н. Бирюков / Под редакцией В.П. Попова. —-3-е издание, переработанное и дополненное - М.: Высшая школа, 2009. —-270 с: ил.

3. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы.- М. Высшая школа, 2005. - 462с.

4. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник.- М.: Дрофа, 2006.-720с.

 

 

Приложение

Меры предосторожности при использовании приборов:

· используйте специальный шнур питания.

Используйте только шнур питания, предназначенный для Вашего осциллографа (генератора) с вилкой, применяемой в Вашей стране.

 

· правильно подключайте и отключайте дополнительные
принадлежности.

Не допускается подключение и отключение пробников или соединительных проводников, если они подключены к контактам, находящимся под напряжением.

 

· НЕ РАБОТАЙТЕ С ПРИБОРОМ БЕЗ КРЫШЕК КОРПУСА. Не допускается использование прибора без крышек или панелей корпуса.

 

· ИЗБЕГАЙТЕ ПРИКОСНОВЕНИЯ К ОГОЛЕННЫМ ЦЕПЯМ ИЛИ ПРОВОДНИКАМ. Не допускается прикосновение к оголенным шинам или проводникам, находящимся под напряжением.

 

· НЕ ИСПОЛЬЗУЙТЕ НЕИСПРАВНЫЙ ПРИБОР. Прекратите эксплуатацию при появлении сомнения в исправности прибора. Перед дальнейшей эксплуатацией прибор должен быть проверен квалифицированным специалистом по обслуживанию.

 

· НЕ ДОПУСКАЕТСЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИБОРА В УСЛОВИЯХ ПОВЫШЕННОЙ
ВЛАЖНОСТИ.

· НЕ ДОПУСКАЕТСЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИБОРА ВО ВЗРЫВООПАСНЫХ УСЛОВИЯХ.

· ДЕРЖИТЕ ПОВЕРХНОСТИ ПРИБОРА СУХИМИ И ЧИСТЫМИ.