Зв’язаних коливальних контурiв

 

Мета роботи

 

1. Практичне вивчення процесу настроювання системи зв’язаних коливальних контурiв на часткові та повний резонанси.

2. Дослiдження резонансних (амплітудно-частотних) характеристик системи зв’язаних коливальних контурiв при рiзних рiвнях зв’язку.

3. Визначення параметрів системи зв’язаних коливальних контурів.

 

Програма роботи

 

1. Здiйснити настроювання системи зв’язаних коливальних контурiв на частковий, а також на iндивiдуальний (основний) та повний резонанси.

2. Дослiдити залежностi струмiв у настроєних коливальних контурах системи вiд рiвня зв’язку мiж ними.

3. Дослiдити резонанснi (амплітудно-частотні) характеристики системи зв’язаних коливальних контурiв при рiзних рiвнях зв’язку.

4. Визначити основнi параметри системи зв’язаних коливальних конту-рiв, якi дозволяють оцiнити її вибiрнi властивостi.

 

Пiдготовка до виконання лабораторної роботи

 

1. За конспектом лекцiй та лiтературою, що рекомендована викладачем, вивчити матерiали роздiлу “Зв’язанi коливальнi контури та їх вибiрнi властивостi”.

2. Звернути увагу, що у данiй лабораторнiй роботi використовуються ті самі вимірювальні прилади, що й у попередній, але інший змінний блок.

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 електричнi схеми систем зв’язаних коливальних контурiв, які найчастiше використовуються на практицi.

5. Записати вирази для визначення основних параметрiв систем зв’язаних коливальних контурiв, а також вирази для їх нормованих резонансних (амплiтудно-частотних) характеристик.

6. Якiсно побудувати нормовані амплiтудно-частотнi (резонанснi) характеристики системи зв’язаних коливальних контурiв для оптимального зв’язку, а також для рiвня зв’язку, меншого та бiльшого за оптимальний.

7. Розрахувати оптимальний коефіцієнт зв’язку k _опт, мінімально і максимально можливу ширину смуги пропускання та , а також максимально можливий коефіцієнт прямокутності системи К _п двох однакових зв’язаних коливальних контурів, які настоєні на частоту МГц і мають добротність .

Опис лабораторної установки

 

У данiй лабораторнiй роботi використовуються ті самі вимірювальні прилади, що й у попередній, але інший змінний блок. На рис. 8.1 представлена передня панель змінного блока 3, на лівій частині якої зображена схема, що використовується при дослідженні системи індуктивно зв’язаних коливальних контурів.

 

Рис. 8.1. Передня панель змінного блока 3

 

Ця схема зібрана на друкованій платі змінного блока 3 і містить елементи двох індуктивно зв’язаних послідовних коливальних контурів, які можуть перестроюватися у деякому діапазоні частот змінними конденсаторами С 1 та С 2 за допомогою регуляторів “Настр. 1” і “Настр. 2” відповідно. Рівень магнітного зв’язку між котушками індуктивності L 1 та L 2 коливальних контурів може змінюватися за рахунок змінювання відстані між цими котушками за допомогою регулятора “Зв’язок”.

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, і дати їм можливість прогрiтися протягом 5 – 10 хвилин.

2. При натиснутій кнопці “ U _вх” встановити на виходi генератора сигналiв гармонiчну напругу u _вх(t) = u ₁(t) з частотою 200…300 кГц 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.

3. Установити регулятори “Настр. 1” та “Настр. 2” у середні положення, а регулятор “Зв’язок”у крайнє праве положення, при якому зв’язок між коливальними контурами системи є мінімальним.

4. Натиснути кнопку “ І ₁” і шляхом змінювання частоти вихідного сигналу генератора грубо настроїти первинний коливальний контур на резонанс за максимальним значенням струму І ₁ цього контуру, а потім точно підстроїти цей контур за допомогою регулятора “Настр. 1” і зняти резонансну характеристику одиночного первинного коливального контуру при розстроєному вторинному коливальному контурі.

Для цього необхiдно:

– розстроїти вторинний коливальний контур системи відносно первинного за допомогою конденсатора змінної ємності С 2 шляхом повороту регулятора “Настр. 2” в одне з крайніх положень;

– зняти залежнiсть вiд частоти струму І ₁, при цьому обов’язково зафіксувати значення струму на резонансній частоті та на частотах і , які відповідають граничним частотам смуги пропускання контуру.

На краях робочого діапазону частот струм I ₁ повинен бути приблизно втричі меншим, ніж на резонансній частоті f ₀.

Результати вимiрювань занести до табл. 8.1;

– побудувати графiк резонансної характеристики одиночного пер-винного коливального контуру та розрахувати його еквiвалентну доброт-нiсть Q _ке, смугу пропускання D f _ке і коефiцiєнт прямокутностi К _п.

 

Таблиця 8.1

Вимірювані параметри	Частота f ген, кГц
f 1	f 2	f 3 = f н	f 0	f 5 = f в	f 6	f 7
I 1, мА

 

5. По черзі здiйснити настроювання системи зв’язаних коливальних контурiв спочатку на частковий, а потім на основний (iндивiдуальний) і пов-ний резонанс. Для цього необхiдно:

– залишити первинний коливальний контур настроєним на резонанс i забезпечити слабкий зв’язок мiж контурами шляхом повороту регулятора “Зв’язок” на один-два оберти вліво. Таке настроювання системи відповідає першому частковому резонансу, коли можливим є настроювання лише первинного коливального контуру;

– натиснути кнопку “ І ₂” і за допомогою конденсатора змiнної ємностi С 2 регулятором “Настр. 2” настроїти вторинний контур на резонанс за максимальними показаннями міліамперметра. Це відповідає настроюванню системи на основний або індивідуальний резонанс.

– для настроювання системи на повний резонанс необхідно, обертаючи регулятор “Зв’язок” вліво, тобто збільшуючи зв’язок між контурами, добитися оптимального рівня зв’язку, при якому струм І ₂ у вторинному контурі досягає максимально можливого значення (максимум максиморум ).

У подальшому регулятори “Настр. 1’ і “Настр. 2” не обертати.

6. Зняти резонанснi характеристики та для випадку опти-мального зв’язку між контурами, коли у разі однакових параметрів коли-вальних контурів коефіцієнт зв’язку між ними k = k _опт» 1/ Q _к.

Значення частот треба вибирати так, щоб інтервали між ними були малими при швидких змінюваннях струмів і великими при повільних змінюваннях струмів.

На краях робочого діапазону частот струм I ₂ повинен бути приблизно втричі меншим ніж на резонансній частоті.

Обов’язково необхідно зафіксувати значення частот. які відповідають граничним частотам смуги пропускання системи зв’язаних коливальних кон-турів.

Результати вимiрювань занести до табл. 8.2.

Таблиця 8.2

Вимірювані параметри

Коефіцієнт зв’язку k = k опт, k > k опт, k < k опт

f ген, кГц

f 1

f 2

f 3

f 4

f 5

f 0

f 6

f 7

f 8

f 9

f 10

Первинний контур

І 1, мА

Вторинний контур

І 2, мА

7. За результатами дослiджень, отриманими згiдно з п. 6, необхiдно розрахувати і побудувати нормовані резонанснi характеристики та , а також визначити значення смуги пропускання , коефiцiєнта прямокутностi нормованої резонансної характеристики та приблизне значення оптимального коефіцієнта зв’язку системи однакових зв’яза-них коливальних контурiв.

Порiвняти результати розрахункiв смуги пропускання та коефіцієнта прямокутності з аналогiчними результатами, одержаними раніше для одиночного коливального контуру.

8. Знову встановити частоту сигналу генератора, що дорівнює резонансній, і шляхом повороту регулятора “Зв’язок” на три-чотири повороти вліво встановити сильний рівень зв’язку між контурами.

9. Зняти резонанснi характеристики та для випадку сильного зв’язку між контурами, коли коефіцієнт зв'язку k > k _опт.

На краях робочого діапазону частот струм I ₂ повинен бути приблизно втричі меншим ніж у точках частотого діапазону, де він максимальний.

Обов’язково необхідно зафіксувати значення частот, які відповідають
екстремумам резонансної характеристики , та значення частот, при яких значення струму І ₂ у разів менші за максимальні.

Результати вимiрювань занести до таблиці, яка є аналогічною до табл. 8.2.

10. За результатами дослiджень, отриманими згiдно з п. 9, необхiдно розрахувати і побудувати нормовані резонанснi характеристики та . Нормування треба здійснювати, як і у випадку оптимального
зв’язку між контурами, відносно струмів І _1р та І _2р = І _{2 mm} при резонансі й оптимальному зв’язку.

11. Визначити значення смуги пропускання і коефiцiєнта прямокутностi нормованої резонансної характеристики вихідного струму, зафіксувати резонансну частоту f ₀, частоти зв’язку f _р1 та f _р2 і розрахувати при-близьне значення коефіцієнта зв’язку k системи зв’язаних коливальних контурiв за допомогою одного з виразів для частот зв’язку.

Порiвняти результати розрахункiв смуги пропускання та коефіцієнта прямокутності з аналогiчними результатами, одержаними раніше для одиночного коливального контуру.

12. Знову встановити частоту сигналу генератора, що дорівнює резонанс-ній, та шляхом змінювання рівня зв’язку між контурами настроїти систему на повний резонанс. Повернути ручку “Зв’язок” на три-чотири оберти вправо, тобто встановити слабкий рівень зв’язку між контурами.

13. Зняти резонанснi характеристики та для випадку слабкого зв’язку між контурами, коли коефіцієнт зв’язку k < k _опт.

На краях робочого діапазону частот струм I ₂ повинен бути приблизно втричі меншим ніж у точках частотого діапазону, де він максимальний.

Обов’язково необхідно зафіксувати значення резонансної частоти , яке відповідає максимуму резонансної характеристики , та значення частот, при яких струм І ₂ у разів менший від максимального (граничні частоти смуги пропускання системи).

Результати вимiрювань занести до таблиці, яка є аналогічною до табл. 8.2.

14. За результатами дослiджень, отриманими згiдно з п. 13, необхiдно розрахувати і побудувати нормовані резонанснi характеристики та . Нормування треба здійснювати, як і у двох попередніх випадках, відносно струмів І _1р та І _2р = І _{2 mm} при резонансі й оптимальному зв’язку.

15. Визначити смугу пропускання системи і коефiцiєнт прямокутностi нормованої резонансної характеристики вихідного струму, зафіксувати резонансну частоту f ₀.

16. Користуючись співвідношенням

 

,

 

визначити приблизні значення фактора зв’язку А та коефіцієнта зв’язку між контурами. При цьому кожне з двох можливих значень цих параметрів вибрати виходячи з фізичних міркувань.

17. Порiвняти результати розрахункiв смуги пропускання та коефіцієнта прямокутності з аналогiчними результатами, одержаними раніше для одиночного коливального контуру.

 

Змiст звiту

 

1. Мета i програма роботи.

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

3. Схеми для проведення дослiджень, виконанi у вiдповiдностi до діючих стандартів.

4. Результати дослiджень у виглядi таблиць, розрахункiв, а також графi-кiв отриманих залежностей.

5. Стислi висновки за результатами виконаної роботи.

 

Контрольнi запитання та завдання

 

1. Що таке система зв’язаних коливальних контурiв?

2. Що таке опiр зв’язку системи зв’язаних коливальних контурiв?

3. Зобразити еквiвалентну схему системи зв’язаних коливальних контурiв з боку затискачiв джерела енергiї.

4. Дати визначення можливих видів резонансiв у системi зв’язаних коливальних контурiв.

5. Охарактеризувати методику настроювання системи зв’язаних коливальних контурiв на рiзнi види резонансiв.

6. У яких випадках використовують настроювання системи зв’язаних коливальних контурiв на перший та другий частковi резонанси?

7. У чому полягає рiзниця мiж повним та iндивiдуальним резонансами в системi зв’язаних коливальних контурiв?

8. Якi види складних резонансiв у системi зв’язаних коливальних контурiв ви знаєте?

9. Що таке оптимальний опiр зв’язку та оптимальний коефiцiєнт зв’язку у системі зв’язаних коливальних контурiв?

10. Яким чином можна експериментально знайти оптимальний зв’язок мiж коливальними контурами системи?

11. Чим вiдрiзняється форма резонансних характеристик системи зв’язаних коливальних контурiв, якщо рiвень зв’язку є бiльшим або меншим за оптимальний?

12. Як впливає на форму амплiтудно-частотних (резонансних) характеристик системи зв’язаних коливальних контурiв змiнювання опору втрат у первинному та вторинному контурі?

13. Як залежить ширина смуги пропускання системи зв’язаних коливальних контурiв вiд величини опору зв’язку?

14. З якої причини АЧХ системи зв’язаних коливальних контурiв має бiльш високий коефiцiєнт прямокутностi, нiж АЧХ одиночного коливального контуру,?

15. Якi практичнi застосування систем зв’язаних коливальних контурiв ви знаєте?

Лабораторна робота № 9