12109

Исследование параллельного колебательного контура

Лабораторная работа

Физика

Лабораторная работа №4 Тема: Исследование параллельного колебательного контура Цель: Научить измерять и строить АЧХ параллельного контура определять явление резонанса токов в контуре оценивать параметры контура по частотным характеристикам и их влияние на из

Русский

2013-04-24

124 KB

31 чел.

Лабораторная работа №4

Тема: Исследование параллельного колебательного контура

Цель: Научить измерять и строить АЧХ параллельного контура, определять явление резонанса токов в контуре, оценивать параметры контура по частотным характеристикам и их влияние на избирательные свойства контура.

Оборудование: Генератор синусоидальных колебаний, вольтметр переменного тока, осциллограф, лабораторный макет, ПЭВМ, программа Electronics Workbench 5.12, тестовая программа «MyTest».

1 Краткие теоретические сведения

Параллельным колебательным контуром называется цепь, содержащая ветви индуктивного и ёмкостного характера, которые включены параллельно источнику. Из такого рода схем наиболее простая – контур І вида  (рисунок 1)

                                  Рисунок 1 - Параллельный контур 1 вида

          В нём две ветви, одна из которых образована индуктивностью L и сопротивлением потерь r, а другая – ёмкостью C. Источник имеет гармоническую ЕДС с действующим значением Е1 и внутреннее сопротивление Ri. Контур может быть шунтирован сопротивлением Rш = Rн (входным нагрузочным сопротивлением следующего каскада).  Входное сопротивление контура

                                        вх = Rвх+jXвх,                                                          (1)                                                      

где   Rвх =  , Xвх =  – ,                                                                (2)

       а – обобщённая расстройка (а = 2Qf /f0 = 2Q/ 0, ∆f = f - f0 – абсолютная расстройка).

В контуре возникает резонанс токов, т.е. усиление тока генератора I1, а именно: ток в контуре Iк больше тока генератора I1 в Q раз (Q добротность контура).

                                   Q = = .                                                          ( 3)                                                        

При резонансе Xвх = 0 и сопротивление контура носит активный характер. Rвх = ρQ (т.к обобщённая расстройка  а = 0). При этом частота генератора  f  равна собственной частоте контура  f0=.                                                                    

Напряжение U21I1Ri., т.е. напряжение на контуре не может быть больше напряжения генератора.

АЧХ параллельного контура с учетом влияния Ri и Rш

К(f)=K()= =вх /(Ri +вх) = ,                            (4)

где  Qэкв–эквивалентная добротность контура.

Qэкв = .                                                 (5)

Параллельный контур обеспечивает тем лучшую частотную избирательность, чем больше внутреннее сопротивление генератора Ri и шунтирующее сопротивление  Rш по сравнению с входным сопротивлением одиночного контура Rвх. Полоса пропускания контура определяется как разность частот, в пределах которой коэффициент передачи напряжения K понижается в 1/ раз.   

.                                                                   (6)

           

 2 Ход работы

           

             2.1.Включить ЭВМ.

2.2.Запустить программу Electronic Workbench 5.12.

2.3.Открыть файл схемы (Файл\открыть\диск М\Радиотехническое отделение\ Радиотехника\ Лабораторная работа№4\схема лр№4) (рисунок 2).

           2.4.Открыть окно осциллографа двойным нажатием левой клавиши мыши по его обозначению на схеме. 

          2.5. Запустить моделирование на 3-5 секунд с помощью выключателя моделирования и получить осциллограммы  напряжений на выходе генератора

и на выходе параллельного колебательного контура.

           Рисунок 2-Схема лабораторной установки

        

           2.6. Изменить величину емкости С, прибавив к емкости значение С=10пФ*№варианта(с 1по 15вариант) и отняв от емкости С значение С=10пФ*№варианта (с 16 по30 вариант), причем №варианта соответствует № фамилии в списке группы).Рассчитанное значение емкости С необходимо взять за исходное.

           2.7.Рассчитать собственную частоту колебательного контура f0,используя краткие теоретические сведения.Сравнить ее  с частотой колебаний генератора,установленной в окне генератора, и определить установлен ли резонанс напряжений в параллельном  колебательном контуре(f= f0,а амплитуда колебаний на выходе параллельного колебательного контура должна быть максимальной, но меньше, чем амплитуда колебаний генератора).Если резонанса напряжений нет,то его необходимо установить изменением частоты колебаний генератора f.

          2.8. Запустить моделирование на 3-5 секунд с помощью выключателя моделирования. Зарисовать осциллограммы  напряжений на выходе генератора

и на выходе параллельного колебательного контура на миллиметровой бумаге .

           2.9.Установить на выходе генератора действующее значение напряжения E1=0.709В( амплитуда напряжения E1m= 1В). Для контроля напряжения генератора использовать осциллограф.

2.10 Получить АЧХ параллельного контура:

K(f)=K()=U2m/E1m.

для случаев:

а) сопротивление Rш =100кОм;

б) сопротивление Rш =10кОм.

Напряжение на выходе генератора поддерживается постоянным.

Измерения произвести для 10-15 различных значений частоты в диапазоне от 1кГц до 200кГц ,включив обязательно частоту f0, и результаты записать в таблицу 1.

Таблица1

f, кГц

1

f0

200

f, кГц (∆f= f-f0)

U2m

Rш=100кОм

U2m

Rш=10кОм

K(f)

Rш=100кОм

K(f)

Rш=10кОм

2.11. По результатам измерений построить АЧХ (резонансные кривые) K(f).Графики разместить на одном рисунке.Определить полосу пропускания ∆fпр(см. краткие теоретические сведения) для двух значений сопротивления Rш. Убедиться, что параллельный колебательный контур является частотно- избирательной цепью,т.е. обеспечивает максимальное выходное напряжение при резонансе f= f0,которое уменьшается при расстройке f .Причем чем больше расстройка,тем меньше выходное напряжение. Убедиться также ,что частотно- избирательные свойства зависят от величины сопротивления Rш.

          2.12.По резонансным кривым для обоих случаев (используя краткие теоретические сведения) определить, эквивалентную добротность контура Qэкв .

          2.13. Частоту колебаний генератора установить равной резонансной( f= f0) и сопротивление Rш =100кОм.Измерить действующие значения переменного тока в контуре Ik и тока генератора Iг=I1. Для этого последовательно в разрыв цепей контура и генератора подключить мультиметр, предварительно установив  его в режим измерения переменного тока, как показано на рисунках 3 и 4.

                                                 Рисунок3

                                                 Рисунок4

          2.14. Определить добротность контура по формуле Q=Ik/I1 и сравнить ее с добротностью Qэкв, полученной в п.2.12(Q Qэкв). Убедиться, что в контуре возникает резонанс токов(усиление тока генератора I1), а именно: ток в контуре Iк больше тока генератора I1 в Q раз.

2.15. Определить величину входного сопротивления контура при резонансе

(Rвх= E1/ I1).

2.16. Рассчетные данные поместить в таблицу2.

Таблица№2

Qэкв,Rш =100кОм

Qэкв,Rш =10кОм

Q ,Rш =100кОм

        Rвх

3 Отчет должен содержать:

3.1 Тему и цель работы.

3.2 Оборудование.

           3.3 Краткие теоретические сведения.

3.4 Ход работы.

3.5 Таблицы с результатами экспериментов, рисунки, графики.

3.6 Выводы.

3.7Ответы на контрольные вопросы.

4 Контрольные вопросы

4.1 Почему резонанс в цепи параллельного контура носит название резонанса токов?

4.2 Как можно зарегистрировать наступление резонанса в параллельном контуре?

4.3 Как влияет входное  сопротивление следующего каскада Rш на полосу пропускания контура?

4.4 Каким внутренним сопротивлением должен обладать генератор для питания параллельного контура?

4.5 Как экспериментально определить величину входного сопротивления контура при резонансе?

4.6 Как можно расширить полосу пропускания параллельного контура?


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

24697. НАЗНАЧЕНИЕ ЗАЩИТЫ ШИН 380.5 KB
  ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА ШИН Дифференциальная РЗ шин ДЗШ рис. Для питания ДЗШ на всех присоединениях устанавливаются ТТ с одинаковым коэффициентом трансформации К независимо от мощности присоединения. Тогда при внешних КЗ X 1пр = 0 и реле не будет действовать а при КЗ в зоне на шинах равна сумме токов КЗ притекающих к месту повреждения и ДЗШ работает. Вторичные токи направлены в обмотке реле одинаково поэтому ток в реле равен их сумме: Так както Выражение показывает что При КЗ на шинах ДЗШ реагирует на...
24698. 34 ЗАЩИТА АД 110 KB
  Наиболее просто токовая отсечка выполняется с реле прямого действия встроенными в привод выключателя. С реле косвенного действия отсечка выполняется с независимыми токовыми реле по схемам на рис.7; Iпуск пусковой ток электродвигателя; k0TC коэффициент отстройки Токовую РЗ электродвигателей мощностью до 2000 кВт следует выполнять как правило по наиболее простой и дешевой однорелейной схеме рис. На электродвигателях мощностью 20005000 кВт токовая отсечка выполняется двухрелейной.
24699. Основные особенности выполнения РЗ на блоках 88 KB
  2 отсутствие электрической связи между генератором и сетью имеющее место в блочных схемах облегчает решение вопросов селективности РЗ генератора от замыканий на землю вследствие высокой стоимости мощных генераторов и трансформаторов повышенные требования в части чувствительности быстродействия и надежности на блоках без поперечных связей необходимость действия на останов блока в целом; На блоках малой мощности до 30 МВт включительно в качестве РЗ от внешних КЗ применяется МТЗ с комбинированным пуском по напряжению. На блоках...
24700. ЗАЩИТА РОТОРА от замыкания на корпус 63 KB
  Для периодического контроля за состоянием изоляции цепей возбуждения используется вольтметр один зажим которого соединен с землей а второй поочередно подключается к полюсам ротора. Если изоляция ротора достаточно высока замеры вольтметра в обоих случаях будут близки к нулю. Второй конец обмотки токового реле заземляется через специальную щетку имеющую электрический контакт с валом ротора.
24701. Защита ротора от перегрузки 38 KB
  Для предотвращения повреждения ротора при перегрузке предусматривается специальная РЗ а также выполняется ограничение длительности форсировки возбуждения. Наиболее полноценную РЗ ротора от перегрузки можно осуществить с помощью реле имеющего характеристику соответствующую перегрузочной характеристике ротора. Выдержка времени первой ступени при одних и тех же значениях тока ротора примерно на 20 меньше выдержки времени второй ступени.
24702. ПОВРЕЖДЕНИЯ И НЕНОРМАЛЬНЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ ГЕН-В, ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ЗАЩИТЕ ГЕНЕРАТОРОВ 41.5 KB
  Обмотка ротора гена находится под сравнительно невысоким напряжением и поэтому ее изоляция имеет значительно больший запас элой прочности чем изоляция статорной обмотки. Однако изза значительных механических усилий обусловленных большой частотой вращения роторов турбогенов относительно часто наблюдаются случаи повреждения изоляции и замя обмотки ротора на корпус т. Замыкание на корпус в одной точке обмотки ротора неопасно так как ток в месте замыкания очень мал и нормальная работа генератора не нарушается. При двойных...
24703. Общие принципы работы реле. Работа реле на переменном токе 91.5 KB
  Общие принципы работы реле. Работа реле на переменном токе. В устройствах РЗ и электрической автоматики применяются реле на базе электромеханических конструкций полупроводниковых приборах из отдельных диодов транзисторов и др. Электромеханические реле обладают большими габаритами значительным потреблением мощности требуют тщательного ухода имеют ограниченное быстродействие и чувствительность.
24704. ИНДУКЦИОННЫЕ РЕЛЕ 220 KB
  ИНДУКЦИОННЫЕ РЕЛЕ Работа индукционных реле основана на взаимодействии переменных магнитных потоков с токами индуктированными ими в подвижной системе реле. Основными элементами реле являются два электромагнита 1 и 2 и подвижная система 3 расположенная в магнитном поле электромагнитов рис. С осью 4 жестко связан подвижный контакт реле 5 замыкающий при повороте неподвижные контакты 6. Момент Мэ приводит в движение подвижную систему 3 которая в зависимости от знака направления Мэ действует в сторону замыкания или размыкания контактов...
24705. МТЗ. Структурная и принципиальная схема 154.5 KB
  МТЗ. Селективность действия МТЗ достигается с помощью выдержки времени. МТЗ являются основным видом РЗ для сетей с односторонним питанием. Соответственно при КЗ в точке К2 быстрее всех сработает МТЗ 3.