Цель 1. Исследование амплитудно-частотных
характеристик элементов последовательного колебательного контура (резонанс напряжений).
2. Исследование фазочастотных характеристик элементов последовательного колебательного
контура (резонанс напряжений). 3. Исследование амплитудно-частотных характеристик
элементов параллельного колебательного контура (резонанс токов). 4. Исследование
фазочастотных характеристик элементов параллельного колебательного контура(резонанс
токов).
Приборы и элементы
Краткие сведения из теории
1. Резонанс в последовательном колебательном контуре (резонанс напряжений).
Схема последовательного колебательного контура и векторная диаграмма для режима
резонанса представлены на рис. 5.1
Контур характеризуется
следующими параметрами:
волновым сопротивлением
резонансной частотой
добротностью контура
где Ucpез, ULpeз, URpeз
- напряжения при резонансе на емкости, индуктивности и сопротивлении соответственно,
хсрез, хLрез - реактивное сопротивление конденсатора и индуктивности на резонансной
частоте. 2. Векторные диаграммы для последовательного контура при (ш > шрез)-Векторные
диаграммы при увеличении частоты (ш> шрез) представлены на рис. 5.2 (слева
представлена диаграмма для промежуточной частоты ш> шрез, справа - для предельного
случая . С ростом частоты емкостное сопротивление убывает, а индуктивное нарастает,
при этом суммарное реактивное сопротивление растет (рис. 5.2). Угол сдвига (о
между входным током и напряжением увеличивается по абсолютному значению, оставаясь
положительным. Напряжение на катушке индуктивности при росте частоты сначала
увеличивается за счет роста сопротивления, а затем снижается из-за снижения
тока в цепи. Максимум действующего значения напряжения достигается при характерной
частоте FL
Порядок проведения экспериментов
Эксперимент 1. Измерение
частотных характеристик последовательного колебательного контура с помощью осциллографа.
а) Измерение действующих значений и фаз напряжений на элементах при резонансной
частоте. Рассчитайте резонансную частоту о)о, частоту максимума напряжения на
катушке индуктивности (OLH частоту максимума напряжения на конденсаторе Юс.
Результаты расчета занесите в таблицу 5.1 в разделе «Результаты экспериментов».
Откройте файл с5_01.са4 (рис. 5.7). Получите и зарисуйте на экране осциллографа
в разделе «Результаты экспериментов» осциллограммы напряжений на резисторе Up,
конденсаторе UQ и катушке индуктивности UL. Рассчитайте и измерьте действующее
значение и фазу Е, Up, Uc и UL для Г=Грез с помощью осциллографа. Постройте
векторные диаграммы на комплексной плоскости для этих частот, направив в каждой
диаграмме ток по действительной оси. б) Измерение действующих значений и фаз
напряжений на элементах при частоте F=0.5Fc. Получите и зарисуйте на экране
осциллографа в разделе «Результаты экспериментов» осциллограммы напряжений на
резисторе UR, конденсаторе Up и катушке индуктивности Ui при F=0.5Fc. Рассчитайте
и измерьте действующее значение и фазу Е, ид, ид и UL с помощью осциллографа.
Постройте векторные диаграммы на комплексной плоскости для этой частоты, направив
в каждой диаграмме ток по действительной оси.
в) Измерение действующих
значений и фаз напряжений на элементах при частоте F=2F^. Получите и зарисуйте
на экране осциллографа в разделе «Результаты экспериментов» осциллограммы напряжений
на резисторе UR, конденсаторе Uc и катушке индуктивности UL, напряжений на резисторе
Up, конденсаторе Uc и катушке индуктивности UL для F=2Fi.. Рассчитайте и измерьте
действующее значение и фазу Е, UR, Uc и UL с помощью осциллографа. Постройте
векторные диаграммы на комплексной плоскости для этой частоты, направив в каждой
диаграмме ток по действительной оси. Эксперимент 2. Частотные характеристики
последовательного колебательного контура (исследования с помощью Боде-плоттера).
Откройте файл с5_02.са4 (рис. 5.8). Подключая вывод Боде-плоттера на различные
элементы контура (точки UL, UR, Uc на рис. 5.S), определите значения амплитудно-частотных
и фазочастотных характеристик для частот 0, Шс / 4, (Ор / 2, Юр, (о)о-(0с) /
2, С0о, ((Оь-й1о) / 2, 0)ц 2o>L, 4oiL. Зарисуйте частотные характеристики
на экранах Боде-плоттера, приведенных в разделе «Результаты экспериментов».
Сравните результаты, полученные с помощью Боде-плоттера и осциллографа.
Рассчитайте амплитудно-частотные
и фазочастотные характеристики для напряжении на резисторе Ur ), конденсаторе
Uc и катушке индуктивности UL для частот
По результатам расчета
нанесите точки АЧХ и ФЧХ для напряжений на сопротивлении, катушке индуктивности
и конденсаторе на экспериментальные графики в разделе «Результаты экспериментов».
Постройте векторные диаграммы на комплексной плоскости для этих частот, направив
в каждой диаграмме ток по действительной оси.
Эксперимент 3. Измерение
частотных характеристик параллельного колебательного контура с помощью осциллографа.
а) Измерение действующих значений и фаз токов через элементы при резонансной
частоте. Рассчитайте резонансную частоту, частоту максимума тока через катушку
индуктивности через конденсатор . Результаты расчета занесите в таблицу 5. 2
в разделе «Результаты экспериментов?. Откройте файл с5_03. са4 (рис. 5. 9).
Получите и зарисуйте на экране осциллографа в разделе «Результаты экспериментов»
осциллограммы токов через резистор IR, конденсатор Ic и катушку индуктивности
IL. Рассчитайте и измерьте действующее значение и фазу J, IR, Ic и IL для F=Fрез
с помощью осциллографа. Постройте векторные диаграммы на комплексной плоскости
для этих частот, направив в каждой диаграмме напряжение по действительной оси.
б) Измерение действующих
значений и фаз тока через элементы при частоте F=0. 5 FL,. Получите и зарисуйте
на экране осциллографа в разделе «Результаты экспериментов» осциллограммы токов
через резистор iR, конденсатор ic и катушку индуктивности IL при F=0, 5FL. Рассчитайте
и измерьте действующее значение и фазу J, IR, ic и IL для F=Fpeз с помощью осциллографа.
Постройте векторные диаграммы на комплексной плоскости для этих частот, направив
в каждой диаграмме напряжение по действительной оси.
в) Измерение действующих
значений и фаз токов через элементы. при частоте F=2Fc. Рассчитайте резонансную
частоту, частоту максимума напряжения на катушке индуктивности частоту максимума
напряжения на конденсаторе . Получите и зарисуйте на экране осциллографа в разделе
«Результаты экспериментов» осциллограммы токов через резистор IR, конденсатор
Iс и катушку индуктивности IL при F=2Fc. Рассчитайте и измерьте действующее
значение и фазу J, IК, Iс и IL для F=Fp с помощью осциллографа. Постройте векторные
диаграммы на комплексной плоскости для этих частот, направив в каждой диаграмме
напряжение по действительной оси.
Эксперимент 4. Частотные
характеристики параллельного колебательного контура (исследования с помощью
Боде-плоттера). Откройте файл с5_04. са4 (рис. 5. 10). Подключая вывод Боде-плоттера
на различные элементы контура (точки IL, IR, ic на. рис. 5.8), определите значения
амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик для частот . Зарисуйте частотные
характеристики на экранах Боде-плоттера, приведенных в разделе «Результаты экспериментов».
Сравните результаты, полученные с помощью Боде-плоттера и осциллографа. Рассчитайте
амплитудно-частотные и фазочастотные характеристики для напряжений на резисторе
Ин(ю), конденсаторе ис(со) и катушке индуктивности ui.(co) для частот . По результатам
расчета нанесите точки АЧХ и ФЧХ для токов через сопротивление и катушку индуктивности
и конденсатор на экспериментальные графики в разделе «Результаты экспериментов».
Результаты экспериментов
Эксперимент 1. Измерение частотных характеристик последовательного колебательного
контура с помощью осциллографа. а) Измерение действующих значений и фаз напряжений
на элементах при резонансной частоте.
Расчет сопротивлений
Действующие значения напряжений
Расчет (фаз напряжений
по результатам измерений
б) Измерение действующих
значений и фаз напряжений на элементах при частоте F=O.5Fc.
Расчет сопротивлений
Действующие значения напряжений
Расчет фаз напряжений по
результатам измерений
в) Измерение действующих
значений и фаз напряжений на элементах при частоте F=2FL.
Расчет сопротивлений
Расчет фаз напряжений по
результатам измерений
Векторные диаграммы
Эксперимент 2. Частотные
характеристики последовательного колебательного контура (исследования с помощью
Боде-плоттера). Таблица 5. 1
Пара метры
Значения п арамет ров
Часто та,
Гц
о,
Fc/4,
Fc/20,
Ус.
(Fo-Fc)/2,
FO.
(Fb-Fo)/2,
FL,
2Рь,
4F,.,
Гц
Гц
Гц
Гц
Гц
Гц
Гц
Гц
Гц
Гц
F, Гц
расч.
I. A
расч.
эксп.
UR, B
расч.
эксп.
UL,B
расч.
эксп.
Uc. B
расч.
эксп.
ф, град
расч.
эксп.
Фь, град
расч.
эксп.
фс-, град
расч.
эксп.
Амплитудно-частотные хаоактевистики
Фазочастотные характеристики
.
Эксперимент 3. Измерение
частотных характеристик параллельного колебательного контура для трех частот
с помощью осциллографа. а) Измерение действующих значений и фаз токов через
элементы, при резонансной частоте.
Расчет проводимостей
Расчет фаз тока по результатам
измерений
б) Измерение действующих
значений и фаз тока через элементы, при частоте F=0.5F,
Расчет проводимостей
Расчет фаз тока по результатам
измерений
в) Измерение действующих
значений и фаз токов через элементы при частоте F=2Fc.
Расчет проводимостей
Действующие значения токов
Расчет фаз тока по результатам
измерений
Векторные диаграммы
Эксперимент 4. Частотные
характеристики параллельного колебательного контура. Таблица 5.2
