67758

Исследование магнитной связи и связанных колебательных контуров

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

В процессе выполнения работы исследуются и изучаются следующие вопросы: 1 Магнитная связь между катушками входящими в разные колебательные контура; 2 Явление резонанса в двух одинаковых связанных колебательных контурах: полная настройка в резонанс связанных колебательных контуров...

Русский

2014-09-14

442.5 KB

1 чел.

Лабораторная робота № 8

Исследование магнитной связи и связанных колебательных контуров.

Краткое содержание работы

В процессе выполнения работы исследуются и изучаются следующие вопросы:

1) Магнитная связь между катушками, входящими в разные колебательные контура;

2 Явление резонанса в двух одинаковых связанных колебательных контурах:

-полная настройка в резонанс связанных колебательных контуров;

-вид резонансных кривых и проверка аналитических соотношений.

Подготовка к работе

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

а) как учитывается влияние магнитной связи между двумя катушками при составлении уравнений цепи по второму закону  Кирхгофа ?

б) характеризуйте встречное и взаимосогласованное включение двух последовательных катушек и определите теоретически их суммарное сопротивление в каждом из случаев;

в)как экспериментально определить одноименные выводы двух  магнитосвязанных катушек и величину их взаимной индуктивности?

г) что собой представляет система двух связанных колебательных контуров (характеризуйте коэффициент связи и возможные типы и виды связи) ?

д) характеризуйте возможные виды  резонансных кривых коэффициента передачи по напряжению  системы двух связанных одинаковых контуров в зависимости от параметра связи;

ж) перечислите виды настройки системы двух связанных контуров и дайте их характеристику.

2. Составить протокол отчета по лабораторной работе.

Рассчитать цепи в соответствии с вариантом задания:

а) Для таблиц п.2 и п.4 рабочего задания;

б) Для таблиц п.8 рабочего задания в случае частного резонанса. Теоретически доказать этот случай – частный резонанс 2-х связанных контуров и построить графические зависимости КU(j), U();

в) Для таблиц п.9 рабочего задания в случае полного резонанса. Теоретически доказать этот случай – полный резонанс 2-х связанных контуров и построить графические зависимости КU(j), U(). Рассчитать критический коэффициент связи между связанными контурами КсКР по которому определить значение критической магнитной связи М КР;

Рабочее задание

1. Собрать схему  для исследования связанных катушек индуктивности в соотв. с  рис.8.1 и вариантом задания (см. табл. 8.3). Значение  номиналов сопротивлений R1, R2 умножить на значение коэффициента К в соответствии с вариантом задания.

                             I                         M                       

                    R1     

                            L1                   L2                        R2         

               EГ      

                                               Рис.8.1

2.Установить частоту генератора ЕГ  в соответствии с вариантом задания (см. табл. 8.3). Выходное напряжение генератора установить 10 В. В режиме  временного моделирования цепи измерять ток в цепи, напряжения на элементах и сдвиг фаз между током  в цепи и напряжением на ее входе  . Данные занести в табл. 8.1

табл. 8.1     ЕГ =                fГ=

I

UR1

UL1

UR2

UL2

Эксперим.

Расчет

0.133

89.212

0.106

8.332

0.04

1.666

3. Собрать схему  для исследования связанных катушек индуктивности в соотв. с  рис.8.2 и вариантом задания (см. табл. 8.3). Значение  номиналов сопротивлений R1, R2 умножить на значение коэффициента К в соответствии с вариантом задания.

4. Установить частоту генератора ЕГ в соответствии с вариантом задания (см. табл. 8.3). Выходное напряжение генератора установить 10 В. В режиме  временного моделирования цепи измерять токи в цепи, напряжения на элементах. Измерять также сдвиг фаз 1- между током  в цепи I1 и напряжением на ее входе (на генераторе), сдвиг фаз  U -- между напряжением на выходе цепи U2 и напряжением на ее входе U1 (на генераторе), коэффициент передачи по напряжению- КU(j)=U2/EГ. Данные занести в табл. 8.2

                            I1                         M     I2                  

                    R1     

                            L1                   L2                        R2     U2         

               EГ      

                                               Рис.8.2

табл.8.2      ЕГ =                fГ=

I1

UL1

UR1

1

I2

UR2

U

КU(j)

Экспер.

Расчет

0.16

10.054

0.128

89.329

0.0074

0.00222

87.878

2.203*10^-4

                                                                 

5. Записать исходные уравнения для схем на рис 8.1 и 8.2. Произвести расчет величин, приведенных в табл. 8.1 и 8.2. Сделать выводы о действии магнитной связи.

6. Собрать схему  для исследования связанных резонансных  контуров в соотв. с рис.8.3 и вариантом задания (см. табл. 8.3). Дополнительные параметры схемы  ( значение  М, С2 ) рассчитать в соотв. с п.7

                                I1                      M     I2                  

     R1        C1               R2 

                            L1                   L2                                           C2     U2         

 EГ      

                                               Рис.8.3

7.Считая, что первый контур (L1, C1) настроен на частоту настройки 2-х связанных контуров –f0,  вычислить необходимое значение емкости конденсатора C2 из формулы собственного резонанса второго контура (L2, C2) на частоте  f0.Вычислить также по известным соотношениям (см. ЛР.7) добротности контуров- Q1, Q2.

 По вычисленным добротностям, ориентировочно рассчитать коэффициент связи между контурами, когда должна наблюдаться «двугорбая»  резонансная кривая коэффициента передачи контуров по напряжению с полосой между максимумами, равной полосе пропускания единичного контура:

    kсв=  откуда:  М = kсв

8. Изменяя емкость конденсатора С2 в небольших пределах ( примерно +-10%) от расчетного значения, снимать в режиме АС семейство резонансных кривых  коэффициента передачи по напряжению для системы связанных контуров (К(j)=U2/EГ). По семейству полученных характеристик  найти ту, которая соответствует  частному резонансу системы связанных контуров (максимальная амплитуда напряжения на выходе и симметричный вид резонансной кривой по отношению к резонансной частоте f0). Данные о характере зависимости резонансной кривых  вблизи и при частном резонансе   3…4 кривые для  КU(j)=КU(j)ехр(jU()) занести в несколько табл.8.4 и построить графики КU(j), U(), совместив их с теоретическими, полученными в п 2 раздела «Подготовка к работе».

9. В состоянии частного резонанса системы связанных контуров ( см. п. 8),  Изменять дискретно величину связи М в пределах примерно +-100% наблюдать изменение характера резонансных кривых  коэффициента передачи по напряжению для системы связанных контуров (КU(j)=U2/EГ и  U()). Добиться величины связи М, при которой резонансная кривая КU(j)  будет превращаться из «двугорбой» в «одногорбую» при этом форма кривой должна быть симметрична по отношению к вертикальной линии, проходящей через частоту f0 и иметь максимально-возможную амплитуду напряжения на выходе. Это состояние системы связанных контуров будет соответствовать полному резонансу, а  величина связи между контурами считается критической. Данные (для 3…4 кривых) о характере резонансных кривых вблизи и при полном резонансе занести в таблицы, аналогичные табл.8.4  и построить графики  КU(j), U(),совместив их с теоретическими, полученными в п 2 раздела «Подготовка к работе»..

10. Сделать выводы и обобщения по проделанной работе.

Табл. 8.3  ЕГ – выбрать синусоидальным со значением частоты f.

№ вар.

R1 Oм

С1 нФ

L1 мкГн

L2 мкГн

R2 Oм

f кГц

K

6

0.8

250

1000

200

0.3

10.0

60

Табл.8.4  f0=63250; C2=1,25*10^-6; Q1=79; Q2=42; KCB=0,016; M=7*10^-6.

f

КU(j)

расчет

экспер

U()

расчет

экспер

Примечание: графы «расчет» необходимо обязательно заполнить только для двух случаев- полного и частного резонанса.

Методические указания

Все теоретические соотношения, которые характеризуют работу исследуемых в ЛР цепей, могут быть получены путем анализа цепей на переменном токе с составлением и решением соответствующих уравнений.

Так для цепи на рис.8.1:              EГ=R1I+jL1I+jMI+R2I+ jL2I+ jMI

Для цепи на рис.8.2: I1(R1+ jL1)-I2 jMI2= EГ;    I2(R2+ jL2)-I1 jMI1=0.----- Решение этой системы уравнений, например,  в  отношении коэффициента передачи по напряжению:

К(j)=К(j)ехр(j())= U2/EГ= jMR2/((( R1+ jL1) (R2+ jL2))+ 2M2).

Для теоретического анализа цепи представленной на рис.8.3 может бить составлена и решена система уравнений, аналогичная той, которая была составлена для цепи на рис.8.2. Решение этой системы уравнений в отношении коэффициента передачи по напряжению КU(j)= U2/EГ для двух одинаковых резонансных контуров: R=R1=R2; L=L1=L2; C=C1=C2:  КU(j)=M/C, где:

=(R+(L-1/C))2+2M2=R2(1+j)2+2M2 ---определитель системы уравнений;

=(L-1/C)/R---обобщенная расстройка -  новая частотная переменная.                           ___

Если предположить, что в окрестности резонансной частоты для обоих контуров 0=1/LC

можно приближенно считать: 2M2 = 02M2 = М2/ LC, а также если ввести два понятия:

kC=M/L---коэффициент связи;  и  А= kCQ--- параметр связи, где Q-добротность контура, то выражение для КU(j) может представлено с учетом замены частотной переменной на :

                                                                               _____________       

КU(j:) = AQ/((1+j)2+A2)    или   КU(j:) = AQ/(1+2+A2) 2+44; U()= - arctg (2/(1+2+A2)).

Анализ выражения КU(j:) показывает, что при А1 характеристика «одногорбая», при А1 – «двугорбая» ( см рис. 8.4). При А=1 наблюдается критический режим резонанса  в связанных контурах и ему соответствует критический коэффициент связи kCКР.

При А1, резонансная кривая «двугорбая» с координатами максимумов по оси абсцисс  мах  и значением обобщенных  *,  которые соответствуют полосе пропускания цепи, состоящей из двух связанных контуров по уровню неравномерности кривой при =0:

             ____              __   ____

 мах=А2-1 ;   *=2*А2-1  (см. рис. 8.4).


                                                       Рис. 8.4


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

24984. Явление самоиндукции. Индуктивность. Электромагнитное поле 27.5 KB
  Явление самоиндукции заключается в появлении ЭДС индукции в самом проводнике при изменении тока в нем. Примером явления самоиндукции является опыт с двумя лампочками подключенными параллельно через ключ к источнику тока одна из которых подключается через катушку рис. Это происходит потому что после замыкания ключа ток достигает максимального значения не сразу магнитное поле нарастающего тока породит в катушке индукционную ЭДС которая в соответствии с правилом Ленца будет мешать нарастанию тока. Для самоиндукции выполняется...
24985. Свободные и вынужденные электромагнитные колебания. Колебательный контур и превращение энергии при электромагнитных колебаниях. Частота и период колебаний 26 KB
  Электромагнитные колебания это колебания электрических и магнитных полей которые сопровождаются периодическим изменением заряда тока и напряжения. Простейшей системой где могут возникнуть и существовать электромагнитные колебания является колебательный контур. Таким образом в колебательном контуре будут происходить электромагнитные колебания изза превращения энергии электрического поля конденсатора Wэ = = CU2 2 в энергию магнитного поля катушки с током wm = LI2 2 и наоборот.
24986. Электромагнитные волны и их свойства. Принципы радиосвязи и примеры их практического использования 48 KB
  Свойства электромагнитных волн. Английский ученый Джеймс Максвелл на основании изучения экспериментальных работ Фарадея по электричеству высказал гипотезу о существовании в природе особых волн способных распространяться в вакууме. Эти волны Максвелл назвал электромагнитными волнами.
24987. Волновые свойства света. Электромагнитная теория света 38.5 KB
  Электромагнитная теория света План ответа 1. Законы преломления и отражения света. Наиболее наглядно волновые свойства света обнаруживаются в явлениях интерференции и дифракции.
24988. Опыты Резерфорда по рассеянию α-частиц. Ядерная модель атома 23.5 KB
  Ядерная модель атома План ответа 1. Ядерная модель атома. Рассеяние αчастиц Резерфорд объяснил тем что положительный заряд не распределен равномерно в шаре радиусом 1010 м как предполагали ранее а сосредоточен в центральной части атома атомном ядре. Так ведут себя частицы имеющие одинаковый заряд следовательно существует центральная положительно заряженная часть атома в которой сосредоточена значительная масса атома.
24989. Квантовые постулаты Бора. Испускание и поглощение света атомами. Спектральный анализ 24.5 KB
  Спектр излучения или поглощения это набор волн определенных частот которые излучает или поглощает атом данного вещества. Сплошные спектры излучают все вещества находящиеся в твердом или жидком состоянии. Линейчатые спектры излучают все вещества в атомарном состоянии. Как у каждого человека свои личные отпечатки пальцев так и у атома данного вещества свой характерный только ему спектр.
24990. Фотоэффект и его законы. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта и постоянная Планка. Применение фотоэффекта в технике 28.5 KB
  Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта и постоянная Планка. Применение фотоэффекта в технике Плав ответа 1. Законы фотоэффекта. Применение фотоэффекта.
24991. Состав ядра атома. Изотопы. Энергия связи ядра атома. Цепная ядерная реакция, условия ее осуществления. Термоядерные реакции 26 KB
  Энергия связи ядра атома. Состав ядра атома. Энергия связи атомного ядра.
24992. Механическое движение Относительность движения, Система отсчета, Материальная точка, Траектория. Путь и перемещение. Мгновенная скорость. Ускорение. Равномерное и равноускоренное движение 33 KB
  Мгновенная скорость. Скорость векторная физическая величина характеризующая быстроту перемещения тела численно равная отношению перемещения за малый промежуток времени к величине этого промежутка. Промежуток времени считается достаточно малым если скорость в течении этого промежутка не менялась. Измеряют скорость спидометром.