Дослiдження параметрiв та частотних

ХАРАКТЕРИСТИК ПАРАЛЕЛЬНОГО

КОЛИВАЛЬНОГО КОНТУРУ

Мета роботи

 

1. Практичне визначення первинних та вторинних параметрiв паралельного коливального контуру.

2. Дослiдження амплiтудно-частотних фазочастотних та резонансних характеристик паралельного коливального контуру.

 

Програма роботи

 

1. Визначити первиннi та вториннi параметри паралельного коливального контуру.

2. Дослiдити вхідні резонансну, амплітудно-частотну і фазочастотну характеристики паралельного коливального контуру.

3. Дослiдити передатні амплiтудно-частотнi та фазочастотні характе-ристики паралельного коливального контуру першого виду вiдносно струмiв у вiтках.

Пiдготовка до виконання лабораторної роботи

 

1. За конспектом лекцiй та рекомендованою лiтературою вивчити матерiали роздiлу “Паралельний коливальний контур та його вибiрнi властивостi”.

2. У данiй лабораторнiй роботi використовуються ті самі вимірювальні прилади й той самий змінний блок, що й у попередній.

3. У робочому зошитi для лабораторних робiт знайти заготовку для вiдповiдного звiту i занести туди дані щодо мети та програми роботи.

4. У графi “Домашнє завдання” накреслити принциповi та еквiвалентнi схеми ненавантажених та навантажених паралельних коливальних контурiв першого, другого, третього та четвертого виду.

5. Записати аналiтичнi вирази для комплексного вхiдного опору паралельних коливальних контурiв першого, другого, третього та четвертого виду. Визначити вхідні АЧХ та ФЧХ цих контурів та якісно зобразити їх графіки.

6. Записати аналiтичнi вирази для передатних комплексних частотних характеристик вiдносно струмiв у вiтках ненавантаженого паралельного коливального контуру першого виду. Визначити модулi та аргументи його передатних КЧХ і якісно зобразити їх графіки.

7. Записати аналiтичнi вирази для резонансних характеристик паралельного коливального контуру першого виду при його живленнi вiд iдеалiзо-ваного джерела струму та від ідеального джерела напруги i провести порівняльний аналіз цих характеристик.

8. Провести аналіз впливу на амплiтудно-частотнi, фазочастотнi та резонанснi характеристики паралельних коливальних контурів зовнiшнього навантаження.

9. Зобразити часовi та векторнi дiаграми паралельного коливального контуру першого виду для різних режимiв його роботи, коли
.

Опис лабораторної установки

У данiй лабораторнiй роботi використовуються ті самі вимірювальні прилади й той самий змінний блок, що й у попередній. На рис. 7.1 зображена передня панель змінного блока 2, схема 4 якого використовуються при дослідженні паралельного коливального контуру.

Слід зазначити, що при дослідженні паралельного коливального контуру внутрішній опір генератора сигналів лабораторної установки штучно збільшений шляхом включення додаткового послідовного резистора з опором
R _д = 3,3 кОм. Якщо при цьому виконується умова R _д + R_i >> (R_i – внутрішній опір генератора сигналів), то коливальний контур можна вважати слабко навантаженим.

 

Рис. 7.1. Передня панель змінного блока 2

При дослідженні паралельного коливального контуру котушка індуктивності L та конденсатор С за допомогою перемикачів “Вм2”, “Вм3”, “Вм4” з’єднуються паралельно. При цьому вимірювання струму в нерозгалуженій частині кола здійснюється цифровим вольтметром при натисненій кнопці
“ І ”, а вимірювання струмів через реактивні елементи L та С відбувається при натисненні кнопок “ І_L ” та “ І_С ” відповідно (перемикач “Вм4” у поло-женні 2). За допомогою перемикача “Вм1” у схему вводять додатковий ре-зистор R _д.

При дослідженні паралельного коливального контуру виміряти різницю фаз між напругою на контурі U _к і струмом І у нерозгалуженій частині кола за допомогою осцило-графа неможливо, тому для приблизного розрахунку j можна скористатися векторною
діаграмою для паралельного RLC -кола, яка наведена на рис. 7.2.

Оскільки при дослідженні паралельного коливального контуру можуть вимірюватися струми I, I_L, I_C, то з цієї векторної діаграми видно, що для такого контуру фазовий зсув між напругою U _к і струмом І у нерозгалуженій частині кола приблизно дорівнює

.

 

Очевидно, що цей кут залежно від співвідношення між величинами стру-мів, які протікають через реактивні елементи кола може набувати значення .

Порядок виконання роботи

1. Користуючись стислим описом вимiрювальних приладiв, наведеним у дод. 1.2, пiдготувати генератор сигналiв, цифровий вольтметр i осцилограф до роботи, пiдключити їх до мережi живлення за допомогою тумблера “Мережа”, який знаходиться на передній панелі змінного блока 2, і дати їм можливість прогрiтися протягом 5 – 10 хвилин.

2. Шляхом натиснення кнопки 4 на змінному блоці 2 підключити до вимірювальних приладів схему, яка призначена для дослідження паралельного коливального контуру і з урахуванням додаткового резистора R _д показана
на рис. 7.3.

3. За допомогою перемикачів “Вм2” та “Вм3” підключити паралельно котушку індуктивності L і конденсадор C, з’єднання яких утворює пара-лельний коливальний контур першого виду. При цьому резистор паралельного навантаження R _н також підключають до контуру (перемикач “Вм4” в положенні 1), а додатковий резистор R _д, який служить для підвищення внутрішнього опору генератора сигналів, включають у схему за допомогою перемикача “Вм1”.

4. При натиснутій кнопці “ U _вх” встановити на виходi генератора сигналiв гармонiчну напругу u _вх(t) = u ₁(t) з частотою декілька десятків кілогерц та дiючим значенням U ₁ = 3 В, що вiдповiдає амплiтудi близько
U_{m 1} = 4,2 В.

Для контролю амплiтуди U_{m 1} або дiючого значення U ₁ напруги u ₁(t) можна скористатись осцилографом або цифровим вольтметром відповідно.

5. Натиснути кнопку “ І ” і, змiнюючи частоту вихідної напруги генератора сигналiв, визначити частоту паралельного резонансу дослiджувано-го кола. Про настання резонансу слід судити по мінімуму струму I у нерозгалуженій частині кола.

За допомогою цифрового вольтметра виміряти струми І _р, І_{L р} та І_{С р} при резонансі.

Результати вимірювання вхідної напруги U ₁, резонансної частоти f _р та струмів І _р, І_{L р} І_{С р} занести до табл. 7.1.

Таблиця 7.1

Параметри резонуючого паралельного коливального контуру
f р, кГц	U вх = U 1, В	І р, мА	ІL р, мА	ІС р, мА

 

6. На основі результатів експериментальних досліджень (табл. 7.1) розрахувати первиннi та вториннi параметри паралельного коливального контуру, користуючись такими спiввiдношеннями:

 

w_p = 2π f _p; R _0e = (U _вх/ I _p) – R _д; Q _к» I_{L p}/ I _p» I_{С p}/ I _p;

 

R = R _0e/ ; R_L» R; ρ = Q _к∙ R_L;

 

L = Q _к∙ R /w_p; C = L / ρ ²; Δw_к = f _p/ Q _к; Δ f _к = Δw_к/2π.

 

Результати розрахункiв занести до табл. 7.2.

Таблиця 7.2

Результати розрахункiв параметрiв паралельного коливального контуру
wр	R 0е	Q к	R	RL	ρ	Δwк	Δ f к	L	C

 

7. Пiдтримуючи напругу на входi дослiджуваного кола незмiнною, зняти залежності вiд частоти струму І у нерозгалуженій частині цього кола та струмів і у вітках паралельного коливального контуру. Одночасно, користуючись векторною діаграмою на рис. 7.2, здійснити розрахунок різниці фаз між напругою на контурі та струмом у нерозгалуженій частині кола за допомогою співвідношення

 

.

 

Перше вимірювання струму І та струмів здійснити на резонансній частоті f _р, а потім декілька вимірювань – на частотах, нижчих та вищих за резонансну. Обов’язково зафіксувати значення частот і , на яких струми та набувають максимальних значень.

На краях робочого діапазону частот струм I повинен бути приблизно втричі більшим ніж на резонансній частоті.

Результати розрахункiв занести до табл. 7.3.

8. Розрахувати значення передатних АЧХ і ФЧХ контуру вiдносно струмiв у вiтках

; ;

.

 

Користуючись результатами розрахунків пп. 6 та 7, знайти значеня у діапазоні робочих частот повного Z _к та комплексного Z _к опорів паралельного коливального контуру. Для розрахунку повного та комплексного опорів можна скористатися виразами

 

;

 

Результати розрахункiв занести до табл. 7.3.

 

Таблиця 7.3

Параметри та характеристики контура	Частота f ген, Гц
f 1	f 2	f 3	f 4 = f р	f 5	f 6	f 7	f 8
U вх = U 1, В
I, мА
IL, мА
Ic, мА
jк, град
Z к, Ом
Z к, Ом

 

9. Побудувати графiки вхідної резонансної характеристики , АЧХ і ФЧХ комплексного вхідного опору , та передатних амплiтудно-частотних і фазочастотних характеристик вiдносно струмiв у вiтках , та , паралельного коливального контуру першого виду i знайти за їх допомогою добротнiсть, смугу пропускання та коефiцiєнт прямокутностi контуру.

Порiвняти першi два отриманi результати з розрахованими згiдно з п. 6, а останнiй – з теоретичним значенням.

10. Побудувати часові та векторні діаграми паралельного коливального контуру для трьох конкретних варіантів режиму роботи, коли Провести аналіз цих діаграм і зробити конкретні вис-новки.

11. Провести порівняльний аналіз параметрів та характеристик, які отримані при виконанні лабораторних робіт № 6 та 7.

 

Змiст звiту

 

1. Мета i програма роботи.

2. Результати, одержанi в процесi пiдготовки до виконання роботи.

3. Схеми для проведення дослiджень, виконанi вiдповiдно до діючих стандартів.

4. Результати дослiджень у виглядi таблиць, розрахункiв, часових та векторних діаграм а також графiкiв отриманих залежностей.

5. Стислi висновки за результатами виконаної роботи.

 

Контрольнi запитання та завдання

1. За яких умов спостерiгається резонанс у паралельному коливальному контурi?

2. За якими ознаками можна зафiксувати настроювання на резонанс паралельного коливального контуру?

3. Чим вiдрiзняються амплiтудно-частотнi та фазочастотнi характеристики вхiдного опору паралельного та послiдовного коливальних контурiв?

4. Зобразіть схеми простого та складних паралельних коливальних контурiв i поясніть у чому полягають їх основнi вiдмiнностi.

5. Який характер має комплексний опiр паралельного коливального контуру першого виду на резонанснiй частотi та на частотах, які нижчі або вищі за резонансну?

6. Як можна вимiряти еквiвалентний опiр R _0e паралельного коливального контуру на резонанснiй частотi?

7. Назвати та пояснити можливi способи визначення добротностi паралельного коливального контуру.

8. Який зв’язок iснує на резонанснiй частотi мiж амплiтудними або дiючими значеннями струмiв у вiтках контуру та у нерозгалуженiй його частинi?

9. Яким чином змiнюються вибiрнi властивостi паралельного коливального контуру при змiнюваннi опору навантаження та внутрiшнього опору джерела сигналу?

10. З якою метою використовується часткове пiдключення паралельного коливального контуру до навантаження та до джерела сигналу?

11. Що таке коефiцiєнт включення для складних коливальних контурiв i як його визначають?

12. Яким чином часткове пiдключення паралельного коливального контуру до зовнiшнього кола впливає на вибiрнi властивостi цього контуру?

13. Яка схема пiдключення навантаження до контуру використовується найчастiше i чому?

14. Якi енергетичнi процеси протiкають у паралельному коливальному контурi на резонанснiй частотi та на частотах, що вiдрiзняються вiд резонансної?

Лабораторна робота № 8