Контрольные и лабораторные работы по электротехнике

Физика, электротехника
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ
ПОСТОЯННОГО ТОКА
АНАЛИЗ ЦЕПЕЙ ОДНОФАЗНОГО
ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
ТРЕХФАЗНАЯ ЦЕПЬ
ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНОГО
ТРАНСФОРМАТОРА
ГЕНЕРАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА
ТРЕХФАЗНЫЙ АСИНХРОННЫЙ
ДВИГАТЕЛЬ
Исследование работы
выпрямительных схем
ИССЛЕДОВАНИЕ УСИЛИТЕЛЯ
ПОСТОЯННОГО ТОКА
Цепи постоянного тока
Контрольная работа
Контрольная работа № 2.
Контрольная работа № 3.
Лабораторный практикум
Резонанс в последовательном
колебательном контуре
 
 
 

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.

Лабораторные и контрольные работы по электротехнике