Цель работы: исследовать избирательные свойства параллельного колебательного контура при питании от источника напряжения и источника тока.
Домашнее задание
1 Изучите по [1], [2] тему «Резонанс токов».
2 Подготовьте бланк отчета.
3 Подготовьте ответы на вопросы для самопроверки.
4 Решите задачу:
В параллельном колебательном контуре, питаемом от источника напряжения с большим внутренним сопротивлением Ri=60 кОм, известны L=4 мГн, R=100 Ом, C равно номеру записи студента в учебном журнале в нФ. Рассчитайте резонансные частоты ω0 и f0, характеристическое сопротивление ρ, собственную и эквивалентную добротности, полосу пропускания, нарисуйте схему цепи.
Вопросы для самопроверки
1 Дайте определение параллельного колебательного контура.
2 Какой резонанс возникает в параллельном колебательном контуре?
3 Чему равен угол φ в момент резонанса токов?
4 Поясните, почему резонанс в параллельном колебательном контуре называют резонанс токов?
5 Что такое избирательность?
6 При каких условиях параллельный контур обладает избирательностью по току? По напряжению?
7 Нарисуйте графики входного напряжения и тока параллельного колебательного контура в зависимости от частоты f при питании от источника напряжения с малым внутренним сопротивлением.
8 Нарисуйте графики входного напряжения и тока параллельного колебательного контура в зависимости от частоты f при питании от источника тока.
9 Запишите формулу эквивалентной добротности параллельного колебательного контура.
10 Поясните, как влияет величина внутреннего сопротивления источника на величину эквивалентной добротности и полосу пропускания параллельного колебательного контура?
Приборы и оборудование
1 Лабораторный стенд ЛКТЦ.
2 Соединительные провода (8 шт.).
Порядок выполнения работы
1 Проверка подготовки студентов к лабораторной работе по вопросам для самопроверки.
2 Подготовка лабораторной установки к работе, получение инструктажа по технике безопасности.
2.1 Ознакомиться с элементами, из которых собирают исследуемую цепь (рисунки 9.1 и 9.2): генератором на блоке Г3, вольтметрами V2 и V3, элементами RШ3, RS’, RД, LВ, CВ.
2.2 Собрать электрическую цепь по схеме (рисунок 9.1). Обозначение пунктир (---) означает, что у данных устройств вторая клемма уже заземлена и ее дополнительно заземлять не надо (V2, V3), V1 подключен к Г3 уже на стенде.
Рисунок 9.1 – Схема для исследования параллельного колебательного контура при питании от источника напряжения
2.3 Поставьте переключатели в следующие позиции:
– на блоке Г1 тумблер в положение «ВНУТР».
– на блоке Г1 переключатель диапазонов в позицию 2 – 20 кГц, регулятор частоты до отказа против часовой стрелки.
– на блоке Г2 переключатель формы сигнала в положение «f var 
» (крайняя позиция слева).
– на блоке Г3 тумблеры в положения «НОРМ» и «10 В».
– на блоке «V3-φ» переключатель в положение V3, тумблер напряжения в положение «10 В».
2.4 Пригласите преподавателя проверить собранную цепь.
2.5 Включить тумблеры в следующей последовательности: «СЕТЬ», «ГЕНЕРАТОР», «V2», «V3-φ».
3 Произведите исследования параллельного колебательного контура при питании от источника напряжения с малым внутренним сопротивлением. Для этого:
3.1 На блоке генератора Г3 ручкой регулировки напряжения установите по верхней шкале вольтметра PV1 напряжение на входе цепи 3 В.
ВНИМАНИЕ! При дальнейших опытах поддерживайте это значение напряжения неизменным на всех исследуемых частотах.
3.2 На блоке генератора Г1 медленно увеличивайте частоту генератора. По мере приближения к резонансной частоте сопротивление параллельного колебательного контура возрастает, значит, ток в неразветвленной части цепи и, следовательно, показания PV2 уменьшаются. Резонансная частота f0 соответствует минимальному показанию прибора PV2.
3.3 Занести значение f0 в таблицу 9.1 в строку 4.
3.4 Запишите показания приборов PV2 и PV3 на найденной частоте f0.
3.5 Плавно изменяя частоту генератора в разные стороны от резонансной частоты на f=1 кГц, снимите показания приборов PV2 и PV3 для остальных значений частот и запишите эти показания в таблицу 9.1.
Внимание! Убедитесь, что выходное напряжение контура, равное показанию прибора PV3, практически остается неизменным.
3.6 Для каждого значения частоты рассчитайте ток цепи 
и входное сопротивление 
.
Таблица 9.1 – Экспериментальные и расчетные данные к схеме рисунка 9.1
| Результаты измерений | Результаты вычислений | |||||
| № п/п | f, кГц | U2 (URш2), мВ | U3 (UВЫХ), В | I, мА | ZВХ, кОм | |
| f0-3 кГц | ||||||
| f0-2 кГц | ||||||
| f0-1 кГц | ||||||
| f0 | ||||||
| f0+1 кГц | ||||||
| f0+2 кГц | ||||||
| f0+3 кГц |
3.7 Постройте графики зависимостей I=F(f), UВЫХ=F(f), ZВХ=F(f).
4 Произведите исследования параллельного колебательного контура при питании от источника тока. Для этого:
4.1Соберите электрическую цепь по схеме (рисунок 9.2). Внимание!
4.1.1 Включите дополнительно в собранную ранее схему (рисунок 9.1) большое сопротивление RS’=100 кОм. При таком включении в цепи окажется режим, близкий к режиму источника тока.
i. Вместо RШ2=100 Ом, включите резистор RД=1 кОм.
ii. Поставьте тумблер на блоке «V3-φ» в положение «1В».
3 Пригласите преподавателя проверить собранную цепь.
4 Включите тумблеры в следующей последовательности: «СЕТЬ», «ГЕНЕРАТОР», «V2», «V3-φ».
Рисунок 9.2 – Схема для исследования параллельного
колебательного контура при питании от источника тока
5 На блоке генератора Г3 ручкой регулировки напряжения установите по верхней шкале вольтметра PV1 напряжение на входе цепи 3 В.
6 Плавно изменяя частоту генератора, определите резонансную частоту. По мере приближения к моменту резонанса напряжение на приборе PV3 возрастает и на резонансной частоте будет максимальным.
7 Запишите значение f0 в таблицу 9.2 в строку 4.
8 Запишите показания приборов PV2 и PV3 на найденной частоте f0.
9 Плавно изменяя частоту генератора в разные стороны от резонансной частоты на f=1 кГц, снимите показания приборов PV2 и PV3 для остальных значений частот и запишите эти показания в таблицу 9.2.
Внимание! Убедитесь, что показание прибора PV2 (оно пропорционально току цепи) практически остается неизменным.
10 Для каждого значения частоты рассчитайте ток цепи 
и отношение 
, где UВЫХ 0 – это значение напряжения в момент резонанса.
Таблица 9.2 – Экспериментальные и расчетные данные к схеме рисунка 9.2
| Результаты измерений | Результаты вычислений | |||||
| № п/п | f, кГц | U2 (URд), мВ | U3 (UВЫХ), В | I, мА |
| |
| f0-3 кГц | ||||||
| f0-2 кГц | ||||||
| f0-1 кГц | ||||||
| f0 | ||||||
| f0+1 кГц | ||||||
| f0+2 кГц | ||||||
| f0+3 кГц |
11 Постройте графики зависимостей I=F(f), 
=F(f).
12 На графике покажите полосу пропускания контура и рассчитайте ее через граничные частоты.
Содержание отчета
1 Наименование и цель работы.
2 Выполненное домашнее задание.
3 Схема исследования (рисунки 9.1, 9.2).
4 Заполненные таблицы измерений и вычислений (таблицы 9.1, 9.2).
5 Расчетные формулы.
6 Графики I=F(f), UВЫХ =F(f), ZВХ = F(f) по данным таблицы 9.1.
7 Графики I=F(f), =F(f) по данным таблицы 9.2 и рассчитанную полосу пропускания.
8 Ответы на контрольные вопросы (по указанию преподавателя).
9 Выводы по работе.
Контрольные вопросы
1 Запишите условие резонанса токов словами и формулой.
2 Запишите формулы и нарисуйте входные АЧХ последовательного и параллельного колебательных контуров.
3 Что показывает добротность в параллельном колебательном контуре?
4 Как надо изменить схему включения параллельного колебательного контура, чтобы он начал обладать избирательностью по напряжению?
5 Какой по величине ток течет в параллельном колебательном контуре в момент резонанса токов и почему?
6 Для чего применяют контуры 2-ого и 3-его видов? Нарисуйте их схемы.
7 Поясните, как можно настроить параллельный колебательный контур в резонанс?
8 Поясните энергетический процесс в момент резонанса токов.
9 Дайте определение и запишите формулу полосы пропускания параллельного колебательного контура.
10 Напишите формулу и нарисуйте график входной ФЧХ параллельного колебательного контура.
КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
В параллельном колебательном контуре возникает резонанс токов при условии bL=bC – индуктивная проводимость равна емкостной проводимости. В момент резонанса токов входное сопротивление контура максимально и равно ZВХ 0=Qρ. Значит, ток в неразветвленной части цепи будет минимальным.
Если параллельный контур питается от источника напряжения с малым внутренним сопротивлением (рисунок 9.3), то он обладает избирательностью по току, но не обладает избирательностью по напряжению, что видно из графиков (рисунок 9.4).
Рисунок 9.3 – Схема параллельного колебательного контура при питании от источника напряжения
Рисунок 9.4 – Графики выходного напряжения и тока параллельного колебательного контура при питании
от источника напряжения
Чтобы напряжение на выходе контура изменялось в зависимости от частоты входного сигнала, необходимо иметь цепь, в которой ток во входной цепи остается практически неизменным при изменении частоты воздействующего напряжения. Для получения такого режима последовательно с источником включают очень большое сопротивление Ri=(3…8)ZВХ 0. Получается источник, который работает как источник тока (рисунок 9.5).
Рисунок 9.5 – Схема параллельного колебательного контура при питании от источника тока
В такой цепи напряжение на контуре будет изменяться аналогично изменению входного сопротивления контура (рисунок 9.6).
Рисунок 9.6 – Графики выходного напряжения и тока
параллельного колебательного контура при питании
от источника тока.
Литература
1 Добротворский, И. Н. Теория электрических цепей / И. Н. Добротворский. – М.: Радио и связь, 1989. – С. 237 – 247.
2 Шинаков, Ю. С. Основы радиотехники / Ю. С. Шинаков, Ю. М. Колодяжный, – М.: Радио и связь, 1983. – С. 101 – 107.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10
