67757

Исследование параллельного колебательного контура (резонанс токов)

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Ответить на следующие вопросы: а что понимают под явлением резонанса б изменением каких параметров можно достичь резонанса в параллельном контуре в почему явление резонанса в параллельном контуре называют резонансом токов г какие энергетические процессы происходят в контуре при резонансе д как определить...

Русский

2014-09-14

542.5 KB

6 чел.

Лабораторная работа №7

Исследование параллельного колебательного контура (резонанс токов)

Краткое содержание работы

В процессе выполнения работы исследуются и изучаются следующие вопросы:

1) Явление резонанса, возникающее в параллельном контуре, содержащем катушку индуктивности и конденсатор;

2) Условие возникновения резонанса в параллельном контуре и его проверка в лабораторных условиях;

3) Резонансные характеристики цепи и их особенности;

4) Проверка аналитических соотношений при резонансе .

Подготовка к работе

1. Ознакомиться с рабочим заданием и методическими указаниями. Ответить на следующие вопросы:

а) что понимают под явлением резонанса?

б) изменением каких параметров можно достичь резонанса в параллельном контуре?

в) почему явление резонанса в параллельном контуре называют резонансом токов?

г) какие энергетические процессы происходят в контуре при резонансе?

д) как определить резонансную частоту идеального и реального параллельных контуров?

е) что называют волновой проводимостью, добротностью, обобщенной расстройкой и затуханием параллельного контура?

ж) как определить резонансное состояние цепи значению токов и напряжений на элементах цепи?

з) приведите примеры и дайте характеристику параметров частичного включения параллельного контура;

е) как определяется нагруженная добротность параллельного контура, в том числе с учетом частичного включения контура.

2. Составить протокол отчета  лабораторной работы в соответствии с вариантом задания. Рассчитать резонансные кривые для переменных токов, которые будут получены практически в п.3 рабочего задания, а также построить графические зависимости этих резонансных кривых ( для каждого из случаев а), б), в) – свой совмещенный график). При этом рассчитать ( см. п.2 к ЛР №6 раздел «Подготовка к работе») резонансную частоту контура f0, его нагруженную добротность Q, и диапазоны изменения величин f, L, C для построения резонансных кривых и исследований контура в разделе рабочего задания.

Рабочее задание

  1.  Собрать схему цепи параллельного контура согласно рис.7.1.

               RВН  I

     C  L

         IC   IL         U

               E    RC  RL

Рис.7.1

2. Установить значение частоты синусоидального генератора Е равным резонансной частоте цепи f0. Выходное напряжение генератора установить 100 В.

3. В параллельном контуре (см. рис. 7.1 и вариант задания табл. 7.2 ), произвести измерение и записать в протокол величины, указанные в таблице 7.1, для следующих трех случаев:

а) при неизменной емкости  С, в соответствии с вариантом задания, частоте генератора fо, варьируя в возможных пределах индуктивность катушки L;

б) при неизменной индуктивности L, в соответствии с вариантом задания,, частоте генератора fо, варьируя в возможных пределах емкость конденсатора С;

в) при неизменной емкости С, индуктивности L, в соответствии с вариантом задания, изменяя частоту генератора f.

4.. По данным п.3 построить резонансные кривые  на одном графике  I, IL, IC, для каждого из случаев а),б),в), вычислить добротность контура и его полосу пропускания, сравнить их значения с полученным в п.2 раздела «Подготовка к работе» по графическим зависимостям. По данным п.3-в) построить векторные диаграммы тока через элементы цепи RВН,L,C для случаев: C<C0;C=C0;C>C0 (C0-резонансное значение)

5.Установить внутреннее сопротивление генератора RВН:

  1.  RВН= *;       2) RВН=0,1 *;  

и провести измерения величин, указанных в табл. 7.1 для каждого из случаев 1),2) - при значениях L,C соответствующих варианту задания только в зависимости от частоты f.

Табл. 7.1 Парам.1___=_____( L/C/f), Парам.2___=_____( L/C/f), Вар. параметр __________

Знач. Вар.

Парам.

L/C/f

(____)

U

(напр.

на конт.)

IL

IC

I

C

между

U—IC

L

между

UIL

 

между

U--I

P

активн.

Q

реакт.

S

полная

6. По данным п.5 построить резонансные кривые, наложив их на имеющиеся графики, построенные по п.4. Определить условие согласования и схему включения параллельного контура с генератором, который используется в этой ЛР, объяснить полученный результат теоретически (см. методические указания к ЛР №6).

7. Сделать выводы и обобщения по проделанной работе.

Методические указания

Для выявления характерных особенностей резонансных режимов в электрических цепях синусоидального тока следует первоначально ознакомиться с методическими указаниями к лабораторной работе № 6.

Резонанс токов наблюдается в электрической цепи с параллельным соединением катушки индуктивности и конденсатора  рис.7.2.  В случае, если R1=0 и R2=0, то цепь рассматривается как идеальный резонансный контур.

Рис.7.2

Резонанс в цепи (рис.7.2) наступает, когда входная реактивная проводимость равна нулю: BВХ=BC-BL=0

Постановка реактивных проводимостей BC  и BL, выраженных через параметры цепи на переменном токе приводит к уравнению:

;

Таким образом, резонанс в рассматриваемой цепи, может быть достигнут изменением одного из параметров (, L, C, R1, R2) при остальных четырех постоянных. Решение последнего уравнения относительно дает следующее значение для резонансной частоты:

0= =;

При резонансе равны и противоположны по фазе реактивные составляющие токов в ветвях. При чем эти значения могут быть значительно больше тока на входе цепи. Поэтому такой резонанс получил название резонанса токов.

Для схемы рис.7.2, в которой R2=0, при изменении индуктивности L или частоты минимум полной проводимости цепи, а также минимум общего тока наступает на другой частоте, отличной  от резонансной частоты 0. Если же переменным параметром является емкость С, то проводимость и общий ток достигают минимума при резонансе токов.

В радиотехнике широко применяются резонансные контура с малыми потерями, для которых R1 и

R2 пренебрежимо малы по сравнению с . Поэтому далее рассматриваются особенности контура с параллельным соединением R, L, C (рис.7.3). Проводимость G=1/R, может быть найдена при малых R1, R2, из соотношения: G=(R1+R2)/2

                            i

                                

                             iG                       iC              iL

              u            G            C                L

                                 Рис 7.3

Мгновенные значения токов в ветвях цепи при значении входного напряжения  u=Umsint:

iG=GUmsin(t); iL=(1/L)=(1/L)Umsin(t-/2); iC=Cdu/dt=CUmsin(t+/2);

Суммарный ток в цепи: i= iG+ iL+ iC= GUmsin(t)-(1/L-C)Umsin(t-/2)=Y Umsin(t-)

Где: Y=- модуль входнойпроводимости цепи;

 =arctg (BL-BC)/G= arctg BВХ/G – сдвиг фаз между током и напряжением на входе цепи;

 BL=1/L, BC=C; - проводимости реактивных элементов;

BВХ= BL-BC – входная проводимость цепи.

Если рассматривать комплексную амплитуду суммарного тока, то ее можно представить как векторную сумму комплексных амплитуд токов: .

Суммарная амплитуда тока цепи:

Выражение для активной P, реактивной Q, полной мощности S, которую потребляет цепь:

P=0.5UmImcos=0.5U2mG; Q=0.5UmIm sin =0.5U2mBBX; S =0.5UmIm=0.5U2m Y=.

Условие передачи максимальной активной мощности в цепи определяется аналогично тому, как это описано в ЛР-№6. Сопротивление нагрузки ZН (см. рис. 6.4) при резонансе цепи: ZН=LG/C.

Резонансная частота параллельного колебательного контура (см.  рис. 7.3):

Волновая проводимость численно равна проводимости реактивного элемента при резонансе:

=0С=1/0L=.

Превышение токов в реактивных элементах над входным током цепи имеет место при условии:

G<0С=1/0L=.

Величина, обратная добротности, называется затуханием контура: =1/Q=ImG/ImL= ImG/IC=G0L.

Где ImG, ImL, ImC – амплитудные значения токов на элементах цепи при резонансе.

Зависимость величин ( BL, BC, BBX, Y ), характеризующих цепь от частоты, называют частотными характеристиками цепи, а зависимости значений токов в ветвях и входного тока или отношений токов от частоты – резонансными  характеристиками (кривыми).

На рис. 7.4 построены частотные характеристики идеального параллельного контура, а на рис.7.5 представлены его резонансные характеристики, питаемого от источника синусоидального напряжения.  На рис.7.5 приведены также векторные диаграммы токов в цепи, где:

IR=U/R, IL=U/L, IC=UC, I=UY (все для действующих амплитуд).

При введении обобщенной расстройки ( см. к методические указания к ЛР №6 ), входное сопротивление параллельного контура может быть представлено:

; где - активное сопротивление параллельного контура при резонансе.

Выражение для нормированной резонансной кривой тока в реактивных элементах контура:

; где Im0 – амплитудное значение резонансного тока через реактивный элемент.

 

                            Рис. 7.4.                                                                Рис.7.5             

Таблица 7.2                           Варианты заданий.

Вариант

R L    Ом    

RC

Ом

C   нФ

L   мкГн

RВН      к Ом

6

0.6

0.5

250

1000

2

Знач. Вар.

Парам.

L/C/f

(____)

U

(напр.

на конт.)

IL

IC

I

C

между

U—IC

L

между

UIL

 

между

U--I

P

активн.

Q

реакт.

S

полная

Знач. Вар.

Парам.

L/C/f

(____)

U

(напр.

на конт.)

IL

IC

I

C

между

U—IC

L

между

UIL

 

между

U--I

P

активн.

Q

реакт.

S

полная

Знач. Вар.

Парам.

L/C/f

(____)

U

(напр.

на конт.)

IL

IC

I

C

между

U—IC

L

между

UIL

 

между

U--I

P

активн.

Q

реакт.

S

полная

 

Знач. Вар.

Парам.

L/C/f

(____)

U

(напр.

на конт.)

IL

IC

I

C

между

U—IC

L

между

UIL

 

между

U--I

P

активн.

Q

реакт.

S

полная

Знач. Вар.

Парам.

L/C/f

(____)

U

(напр.

на конт.)

IL

IC

I

C

между

U—IC

L

между

UIL

 

между

U--I

P

активн.

Q

реакт.

S

полная

Расчёты

________________________________________________________________________

Расчитаем резонансную частоту и добротность контура:

Расчитаем диапазон изменения параметров:

 

Расчет для случая переменной частоты:

 

 

 

 

Расчитаем параметры схемы при переменной емкости:

 

 

 

 

Расчитаем параметры схемы при переменной индуктивности:

 

 

 

Расчитаем параметры схемы при переменной частоте и:

 

 

 

Расчитаем параметры схемы при переменной частоте и :

 

 

 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

26166. Учетные регистры 21 KB
  Учетные регистры – это типографически отпечатанные или получаемые с помощью ПК спец формы предназне для отражя и обобщения в них хоз операций в разлых измерителях.В них отражся хоз операции и группируются данные о наличии каждого из объектов бух учета а это ознет что уче регистры в преобладающей своей части явлся бух счетами. по степени детализации объектов учета: регистры синтетич учета регистры аналитич учета. в зависти от харра записей делятся на регистры для хронологич записей систематич записей комбинированных записей.