Контрольные и лабораторные работы по электротехнике

Лабораторная работа №3. Резонанс в последовательном колебательном контуре

В настоящей лабораторной работе подлежит исследованию цепь на рис. 43. 

Параметры элементов цепи в соответствии с индивидуальным вариантом представлены в табл. П.4.1.

Основной характеристикой резонансной цепи является зависимость тока в цепи I от частоты w, или, в относительных единицах, зависимость  от w, где   — ток при резонансе (см. рис. 50 [3.1]). Но, с другой стороны, напряжение на резисторе , а при резонансе . Таким образом, зависимость  от w полностью повторяет зависимость  от w и называется амплитудной частотной характеристикой (АЧХ) колебательного контура.

В технике обычно амплитудную частотную характеристику изображают в логарифмическом масштабе. Логарифмической единицей усиления или ослабления сигнала при прохождении его через какое-либо устройство при выражении десятичным логарифмом величины отношения мощности на выходе  к мощности на входе  принят бел. Так как мощность сигнала пропорциональна квадрату его амплитуды А, получим:

Но так как бел является достаточно крупной единицей усиления (ослабления) мощности (увеличению мощности в 10 раз соответствует 1 Б), то за единицу измерения ее принят децибел 1 дБ = 0,1 Б.

С учетом этого можно записать:

Величина логарифма амплитудной характеристики, выраженная в децибелах

,

называется логарифмической амплитудно-частотной характеристикой (ЛАЧХ). При использовании обозначений, принятых в описании настоящей лабораторной работы, можно записать:

.

Таким образом, изменению отношения двух амплитуд в 10 раз соответствует изменение усиления на 20 дБ, в 100 раз — на 40 дБ, в 1000 раз — на 60 дБ и т.д.

Вычислим, какому отношению амплитуд соответствует один децибел, два и т.д.

То есть 1 дБ Û 1,122;

2 дБ Û (1,122)2 = 1,259;

3 дБ Û (1,122)3 = 1,412»;

4 дБ Û 1,585;

5 дБ Û 1,778;

6 дБ Û 1,995»2.

При резонансе сдвиг по фазе между током в цепи, а следовательно, и напряжением на резисторе, и э.д.с. равен нулю, т.е. j = 0. При отсутствии резонанса j ¹ 0. Зависимость j от w называется фазовой частотной характеристикой (ФЧХ).

Схема подключения последовательной резонансной цепи к плоттеру для снятия частотных характеристик представлена на рис. 33.

Установка диапазона сканирования частоты (величин  и ) осуществляется таким образом, чтобы в него попала резонансная частота, определенная расчетным путем. Затем экспериментально подбирается верхнее значение частоты сканирования (должно быть несколько больше значения верхней границы полосы пропускания) и нижнее (должно быть несколько меньше значения нижней границы полосы пропускания).

Причем при использовании логарифмического масштаба величине  соответствует минус 3 дБ, а величине  — соответствует 0 дБ.

В лабораторной работе необходимо выполнить следующее задание:

1) рассчитать резонансную частоту , частоты, соответствующие границам полосы пропускания, характеристическое сопротивление r и добротность  последовательного резонансного контура;

2) собрать схему согласно рис. 33 и с помощью плоттера получить АЧХ (либо ЛАЧХ). Плоттер должен быть настроен таким образом, чтобы почти во весь экран располагалась часть характеристики, соответствующая полосе пропускания. Замерить резонансную частоту и частоты, соответствующие границам полосы пропускания, определить ширину полосы пропускания. В отчете привести характеристику и на ней показать производимые измерения;

3) получить ФЧХ, замерить фазовый сдвиг на резонансной частоте и на нижней и верхней границах полосы пропускания. Привести в отчете характеристики и показать измерения;

4) собрать схему на рис. 44 и замерить с помощью вольтметров напряжения на конденсаторе и дросселе при частоте, равной резонансной. При этой частоте определить напряжение на реактивных элементах расчетным путем. Сравнить результаты эксперимента и расчета;

5) уменьшить в два раза сопротивление резистора и выполнить пункты 1—4 задания;

6) вернуть исходное значение сопротивления резистора, уменьшить в два раза емкость конденсатора и выполнить пункты 1—4 задания;

7) вернуть исходное значение емкости конденсатора, уменьшить в три раза индуктивность дросселя и выполнить пункты 1—4 задания;

8) оценить зависимость ширины полосы пропускания от добротности, сделать выводы по результатам работы в целом.

7.6 Лабораторная работа №4. Резонанс в параллельном колебательном контуре

Для исследования явления резонанса токов используется цепь на рис. 45.

Параметры элементов цепи в соответствии с индивидуальным вариантом представлены в табл. П.5.1.

Основной характеристикой рассматриваемой цепи является зависимость тока в неразветвленной части цепи от частоты переменной э.д.с. Примерный вид характеристики представлен на рис. 53 [3.1].

Избирательные свойства параллельного колебательного контура, так же как и последовательного, характеризуются полосой пропускания. Граница  полосы пропускания соответствует увеличению тока на входе контура по сравнению с резонансным током в   раз.

Резонансная частота параллельного контура

где  — характеристическое сопротивление.

Добротность контура

где  — сопротивление контура при резонансе.

Схема подключения плоттера к параллельной цепи для снятия частотных характеристик показана на рис. 46.

Здесь фиксируется отношение амплитуды напряжения на  (это напряжение пропорционально входному току: ) к амплитуде э.д.с., которая является величиной постоянной. Таким образом, можно снимать в относительных единицах (как и АЧХ) зависимость потребляемого цепью тока от частоты.

В лабораторной работе необходимо выполнить следующее задание:

1) рассчитать резонансную частоту  и добротность Q параллельного резонансного контура;

Рис. 46

2) собрать схему согласно рис. 46 и получить АЧХ (либо ЛАЧХ). Замерить резонансную частоту и определить ширину полосы пропускания;

3) получить ФЧХ, замерить фазовый сдвиг на резонансной частоте и на нижней и верхней границах полосы пропускания;

4) собрать схему на рис. 47 и на резонансной частоте замерить токи ветвей. Рассчитать токи при резонансе аналитически, результаты эксперимента и расчета сравнить;

5) уменьшить в два раза сопротивление резистора  и выполнить пункты 1—4 задания;

6) вернуть исходное значение сопротивления резистора , увеличить в два раза емкость конденсатора и выполнить пункты 1—4 задания;

7) вернуть исходное значение емкости конденсатора, увеличить в два раза индуктивность дросселя и выполнить пункты 1—4 задания;

8) оценить зависимость ширины полосы пропускания от добротности, сделать выводы по результатам работы в целом.

аренда автовышек статья;замер трафика
Лабораторные и контрольные работы по электротехнике