3.1. Оформите отчет по лабораторной работе, который должен содержать:
- схемы исследуемых цепей,
- вывод расчетных формул для АЧХ и ФЧХ каждой цепи, расчет f ГР,
- примерные графики АЧХ и ФЧХ анализируемых цепей,
- графики частотных характеристик, рассчитанные на ПК, с указанием на них f ГР и полосы пропускания,
- выводы.
3.2. Подготовьтесь к ответу на вопросы и решению типовых задач, отражающих основное содержание работы.
Контрольные вопросы
1. Что называется комплексной передаточной функцией цепи H (j w)?
2. Дайте определение амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик цепи. Как они связаны с комплексной передаточной функцией?
3. Что называют полосой пропускания цепи? Как ее найти по графику АЧХ?
4. Как найти реакцию цепи на гармоническое воздействие, если известна комплексная передаточная функция цепи H (j w)?
5. Во сколько раз изменится выходная мощность цепи при уменьшении АЧХ в 
раз?
Лабораторная работа 6
компьютерный анализ частотных характеристик
последовательного колебательного контура
с использованием программы fastmean
Задание на самостоятельную подготовку
1.1. Изучите теоретические вопросы, связанные с явлением резонанса в последовательном колебательном контуре.
1.2. Рассчитайте резонансную частоту f 0, добротность Q и ширину полосы пропускания 2D f * последовательного колебательного контура, схема которого приведена на рис. 6.1, по формулам
, Гц; 
; 
, Гц.
Значения параметров контура приведены в табл. 6.1.
Таблица 6.1
| Вариант | R, Ом | L, мГн | C, мкФ |
| 39,80 | 3,170 | 0,500 | |
| 25,20 | 2,000 | 0,790 | |
| 50,00 | 4,000 | 0,396 | |
| 33,16 | 2,640 | 0,600 | |
| 43,95 | 3,500 | 0,453 | |
| 56,50 | 4,500 | 0,352 | |
| 28,40 | 2,264 | 0,700 | |
| 66,00 | 5,280 | 0,300 | |
| 36,18 | 2,880 | 0,550 |
1.3. Рассчитайте частоты f max L и f max C , при которых напряжения индуктивности UL и емкости UC максимальны:
, Гц; 
, Гц.
1.4. Рассчитайте на резонансной частоте значения амплитудно-частотных характеристик, соответствующих передаточным функциям:
, 
, 
.
Результаты расчетов занесите в графу «Предварительный расчет» табл. 6.2.
Таблица 6.2
| Предварительный расчет | Значение R | f 0 | Q | 2D f * | f max L | f max C | 
| 
| 
|
| Ом | Гц | — | Гц | Гц | Гц | — | — | — | |
| R | |||||||||
| Результаты расчета на ПК | R | ||||||||
| 0,55 R | — | — | — | — | |||||
| 0,1 R |
|
Рис. 6.1
Задание для работы в компьютерном классе
2.1. Войдите в ОС Windows. Двойным нажатием левой кнопки мыши загрузите программу FASTMEAN. Описание работы с программой приведено в приложении настоящих методических указаний.
2.2. Постройте на экране дисплея схему последовательного колебательного контура, приведенную на рис. 6.1, задайте значения параметров элементов (пп. 1, 2 приложения).
2.3. Рассчитайте и исследуйте влияние величины сопротивления R на частотные характеристики цепи, рассматривая в качестве выходной величины напряжение на резистивном сопротивлении R:
, 
в диапазоне частот 100 Гц £ f £ 10 кГц (пп. 3, 4 приложения), выбрав число расчетных точек равным 1000. Для изменения параметра R используйте опцию «параметр» в меню «Расчет частотных характеристик» (п. 5 приложения). В качестве начального значения R введите уменьшенное в 10 раз – 0,1 R, а в качестве конечного – заданное значение R. Установите число графиков равное трем. Перерисуйте графики с экрана ПК вместе с масштабной сеткой.
2.4. Проведите детальный анализ частотных характеристик 
и 
в узком диапазоне частот, включающем полосу пропускания, выделив часть графиков вблизи резонансной частоты (п. 4 приложения). По полученным графикам, поочередно для каждого значения R, с помощью линейки определите максимальное значение амплитудно-частотной характеристики 
, резонансную частоту f 0, при которой максимально, и граничные частоты f –1 и f 1 полосы пропускания, при которых
.
Рассчитайте ширину полосы пропускания контура 2D f * = f 1 – f –1.
Полученные значения 
, f 0 и 2D f * занесите в графу «Результаты расчета на ПК» табл. 6.2. Найдите значения фазочастотных характеристик на резонансной частоте f 0, на граничных частотах полосы пропускания f –1 и f 1 и запишите полученные значения в протокол. Обратите внимание, что максимальное значения АЧХ на резонансной частоте не изменяется при различных значениях резистивного сопротивления R.
2.5. Рассчитайте одновременно амплитудно-частотные характеристики цепи, используя в качестве выходных величин напряжения на индуктивности и на емкости:
, 
в диапазоне частот 100 Гц £ f £ 10 кГц, выбрав число расчетных точек равным 1000. Перерисуйте их с экрана ПК вместе с масштабной сеткой.
2.6. Проведите детальный анализ частотных характеристик, выделив часть графиков вблизи резонансной частоты, и найдите по ним с помощью линейки частоты f max L и f max C , при которых 
и 
принимают максимальные значения. Занесите значения 
и 
в протокол. Найдите резонансную частоту f 0, на которой равны значения амплитудно-частотных характеристик 
, и с помощью линейки определите эти значения. Занесите значения f max L и f max C , 
и 
в графу «Результаты расчета на ПК» табл. 6.2.
2.7. Исследуйте влияние величины добротности контура Q на амплитудно-частотные характеристики и . Для этого задайте значение параметра резистивного сопротивления контура R 1 = 0,1 R, вследствие чего добротность контура увеличится в 10 раз. Рассчитайте одновременно характеристики и , используя в качестве выходных величин напряжения на индуктивности и на емкости, в диапазоне частот 100 Гц £ f £ 10 кГц, выбрав число расчетных точек равным 1000. Перерисуйте графики с экрана ПК вместе с масштабной сеткой.
2.8. Проведите детальный анализ частотных характеристик, выделив часть графиков вблизи резонансной частоты. Обратите внимание, что в узком диапазоне частот, включающем полосу пропускания, обе характеристики практически совпадают и имеют общий максимум на резонансной частоте. По полученным графикам с помощью линейки найдите значения f 0, 
и запишите их в графу «Результаты расчета на ПК» табл. 6.2.
