На частотные характеристики

Объект лабораторного исследования

При экспериментальном изучении параллельного колебательного контура целесообразно свести к минимуму шунтирующее влияние генераторно-измерительной системы на контур. Поэтому в данной работе испытательный сигнал, снимаемый с генераторного выхода системы, подается на контур через резистор с большим сопротивлением R _г, включаемый последовательно с контуром (измеряемый сигнал снимается с контура).

Таким образом, изучение параллельного колебательного контура осуществляется с помощью цепи, представляющей собой делитель напряжения из резистора R _г и изучаемого контура. Комплексный коэффициент передачи делителя

K (j ω) = Z (j ω) / (R _г+ Z (j ω)),

где Z (j ω) — комплексное сопротивление контура. Для изучаемых в работе контуров полное сопротивление z (ω) =│ Z (j ω)│≤ R _р << R _г, т.е. АЧХ измерительной цепи k (ω) =│ K (j ω)│ подобна АЧХ контура z (ω).

Лабораторное задание

Подготовка установки к работе

Для сборки цепи из имеющихся элементов подберите индуктивную катушку (L =1÷2 мГн), два конденсатора (С ₁≈ С ₂≈5÷10 нФ) и резистор (R _г=100÷200 кОм).

Изобразите схему цепи для исследования простого параллельного колебательного контура и соберите ее (оба конденсатора включите в контур последовательно).

Включите генераторно-измеритель­ную систему (ее ярлык — на рабочем столе). Установите режим изуче­ния амплитудно-частотных характеристик цепей (АЧХ). Задайте амплитуду входного сигнала U _вх=5 В (u ₀=0). Включите отобра­жение измеряемой характеристики и запустите систему.

Наблюдайте АЧХ собранной цепи сначала в широком диапазоне частот (от 0 до примерно 100 кГц), а затем в области резонанса. Установите удобные пределы измерений по частоте (в которых k (f) > k _р/(5¸10)) и подберите удобный шаг измере­ний. Убедитесь, что наблюдаемая АЧХ качест­венно соответствует ожидаемой.

Перейдите в режим изучения фазочастотных характеристик цепей (ФЧХ). Убедитесь, что наблюдаемая ФЧХ также качественно соответствует ожидаемой. После этого установите режим одновременного изучения АЧХ и ФЧХ.

Установленные шкалы в даль­нейшем (в пп.1÷4) не изменяйте.

Изучение вида частотных характеристик контура

Зарисуйте измеренные частотные характеристики (АЧХ и ФЧХ) собран­ной цепи с параллельным колебательным контуром.

Здесь и далее на зарисованных графиках должны быть приведены шкалы значений измеряемых величин и указаны условия эксперимента.

Убедитесь, что измеренные АЧХ и ФЧХ хорошо описываются известной вам математической моделью собранной цепи. Для этого включите отображение расчетных характеристик, выберите соответствующую математическую модель цепи, а затем, подбирая параметры модели, добейтесь аппроксимации измеренных характеристик расчетными.

Измерение параметров контура

По измеренным характеристикам определите параметры собранного контура. При хорошей аппроксимации измеренных характеристик расчетными можно принять, что введенные параметры модели равны реальным параметрам собранной цепи. Измеренные параметры внесите в таблицу.

Образец таблицы

k вкл	r доб, Ом	f р.пос, кГц	f р, кГц	Q	Rр, кОм	Примечание
1,0		–				Измерение
1,0		–				Измерение
–				Расчет
						Измерение
				Расчет

 

3. Изучение влияния потерь в контуре

на частотные характеристики

Из имеющихся элементов подберите резистор с минимальным сопротивлением (r _доб≈10 Ом) и включите его в контур (в индуктивную ветвь последовательно с катушкой). Убедившись, что наблюдаемые изменения частотных характеристик качественно соответствуют ожидаемым, зарисуйте новые измеренные АЧХ и ФЧХ (нанесите их на предыдущие рисунки).

По измеренным характеристикам определите параметры контура с добавочным резистором. Измеренные параметры внесите в ту же таблицу и сравните с ожидаемыми (рассчитанными по измеренным параметрам исходного контура и номинальному значению r _доб).

4. Изучение влияния неполного включения контура