876

Свободные и вынужденные колебания в контуре

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Ознакомление с приборами и лабораторным стендом. Свободные колебания в одиночном контуре. Вынужденные колебания в последовательном контуре. Получение синусоидальных колебаний звуковых и ультразвуковых частот в диапазоне 20 Гц - 200 кГц с напряжением от долей вольта до 30 вольт.

Русский

2013-01-06

182.5 KB

18 чел.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО БРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
(ГОУВПО «ВГТУ»)

Радиотехнический факультет

Кафедра радиотехники

Лабораторные работы № 1-3
по дисциплине: Электротехника и электроника

1) «Ознакомление с приборами и лабораторным стендом»

2) «Свободные колебания в одиночном контуре»
3)
«Вынужденные колебания  в последовательном контуре»

Выполнил студент гр.                                                                РК-112 Бакланов А.И.

Руководитель Бадаев А.С.

Защищены Оценка

Воронеж 2012

Лабораторная работа № 1

Цель работы: ознакомиться с рабочим местом и получить навыки работы с приборами Г3-33, В7-26, C1-77, B7-I6A и лабораторным стендом.

1.ГЕНЕРАТОР Г3-33

 

  Генератор Г3-33 предназначен для получения синусоидальных колебаний звуковых и ультразвуковых частот в диапазоне 20 Гц - 200 кГц с напряжением от долей вольта до 30 вольт.

Выполнение задания

Включили прибор тумблером "Сеть". Прогрели прибор в течение нескольких минут. Установили на выходе генератора Г3-33 напряжение 0,5 В с частотой 10 кГц при положении выключателя внутренней нагрузки "Вкл". Частоту установили при помощи ручек «Установка частоты» и «Множитель частоты». Определение частоты производили перемножением отсчёта по лимбу «Частота, Гц» на показания переключателя «Множитель».

Это напряжение будет использоваться в дальнейшем для измерений приборами В7-26, B7-I6A и осциллографом.

2.ВОЛЬТМЕТР В7-26

Вольтметр универсальный В7-26 предназначен для измерения постоянного, переменного гармонического напряжений и сопротивления постоянному току в лабораторных условиях.

Выполнение задания

Включили прибор тумблером "Сеть". После прогрева в течение нескольких минут начали производить измерения.

1) Измерение напряжения, установленного в генераторе при выполнении задания по изучению прибора Г3-33.

Предварительно необходимо установить стрелку прибора на нуль. Для этого прежде всего требуется установить переключатель рода работ в положение +U   или -U, а переключатель пределов измерения в положение 0,3 V и ручкой ►0◄U Ω установить стрелку на нуль при замкнутых проводником клеммах U и *.

Для измерения гармонического напряжения 0,5В установили переключатель пределов вольтметра в положение I V.  Переключатель рода работ установили в положение V. Закоротили проводником клеммы V и * и установили стрелку прибора на нуль шкалы ~ 1V ручкой 0 U , Соединили клеммы вольтметра U   и   * с соответствующими гнездами генератора ГЗ-33. Провели отсчет значения напряжения по шкале ~ 1 V.

2) Измерение сопротивления резистора постоянному току.

Установили переключатель рода работ прибора В7-26 в положение  rх. Перед измерением необходимо откалибровать прибор. Для этого закоротили проводником клеммы   rх и *. Переключатель пределом измерении установили в положение 102 Ω, Ручкой0UΩ    установили стрелку прибора на нуль. Раскоротили клеммы rx  и *, отсоединив от них проводник. Ручкой Ω установили стрелку прибора на отметку шкалы Ω  . Прибор готов к измерениям. Подсоединили проводниками резистор к клеммам rx   и * . Переключателем пределов измерений установили удобное для отсчета положение стрелки. Провели отсчет по шкале Ω. Результат получается как произведение отсчета деления шкалы на значение переключателя пределов измерения Ω: 1) 244 Ом; 2) 120 кОм.

ВОЛЬТМЕТР УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ЦИФРОВОЙ B7-I6A

    Вольтметр универсальный B7-I6A предназначен для измерения напряжений постоянного и переменного токов и активного сопротивления.

Выполнение задания

Подготовили вольтметр к работе: установили тумблер "СЕТЬ" в верхнее положение и прогрели прибор в течение 5 минут.

1)Измерение напряжение, установленного в генераторе при выполнении задания по изучению прибора Г3-33

Калибровка прибора:

1. Установили переключатель 'ПРЕДЕЛ ИЗМЕРЕНИЯ" - в положение «100».

2. Установили переключатель "РОД РАБОТЫ" в положение «R»

3. Замкнули проводником клеммы “100VR” и “O”. Ручкой установки нуля установили нулевое показание вольтметра.

4. Соединили между собой гнёзда “100VR” и “89,9 КW”. Ручкой калибровки         “▼   [▲  ]” установили показание величины сопротивления на индикаторном табло, равное 89,80 кОм.

5. Прибор готов к выполнению измерений

Подали измеряемое напряжение 0,5 В на гнездо  “100VR” и произвели отсчёт показаний, имея ввиду при сравнении, что цифровой вольтметр имеет более высокую точность, чем стрелочный прибор генератора ГЗ-33.

2) Измерение активного сопротивления величиной до 1000 кОм

Подсоединили два проводника к гнездам "I00VR "0", а два других конца подсоединили к резистору. Провели измерение сопротивления: 1) 244 Ом;  
2) 46,6 кОм.

4.УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ОСЦИЛОГРАФ CI-77

    Универсальный осциллограф CI-77 предназначен для исследований формы электрических сигналов путем визуального наблюдения в диапазоне частот от 0 до 10 МГц, измерения размахов в диапазоне от 0,01 до 200 В и временных интервалов от 0,08-10-6 до 0,4 с. Наличие двух каналов вертикального отклонения обеспечивает одновременное исследование двух сигналов на одной развертке.

Выполнение задания

Включили тумблер «СЕТЬ». При этом должна загореться сигнальная лампочка. Прогрели осциллограф в течение 2-3 мин и приступили к проверке его работоспособности. Ручкой «» установили яркость изображения, удобную
для наблюдения, а ручкой «
» – одинаковую четкость изображений на всей линии развертки.

        1) Для измерения напряжения выполните следующие операции:

  а) Подали кабелем сигнал с генератора ГЗ-3З 0,5 В с частотой 10 кГц на гнездо “() 1m30pF” одного из каналов;

 б) установили переключателем режима работы усилителя требуемый канал;

  в) установили переключатель "'V/ДЕЛ" в такое положение, чтобы амплитуда изображения составила около пяти делений, а ручку "" установили в крайнее правое положение;

  г) поставили тумблер " ~ " в положение "~";

  д) ручкой "УРОВЕНЬ" установили устойчивое изображение.

   Поставили переключатель "ВРЕМЯ/ДЕЛ" в положение, при котором наблюдаются несколько периодов исследуемого сигнала;

   е) установили ручку " ↕ " вертикального перемещения так,
чтобы минимальный уровень сигнала совпадал с одной из нижних линий, а максимальный - находился в пределах экрана. Ручкой “
” горизонтального перемещения совместите изображение таким образом, чтобы один из верхних пиков находился на вертикальной средней линии шкалы;

  ж) измерили  количество больших делений шкалы, включая и доли (если они есть) между крайними точками размаха амплитуды вертикального отклонения и умножили на коэффициент отклонения переключателя "V/ДЕЛ". Получили 1 В.

2) Измерение длительности сигнала

         Для измерения длительности сигнала между двумя его точками проведите следующие операции:

    а) подали исследуемый сигнал на гнездо “() 1m30pF
    б) установили переключатель "V/ДЕЛ" в такое положение,

чтобы изображение на экране составляло около 5 больших делений:

    в) установили переключатель "Время/ДЕЛ" в такое положение, в котором расстояние между измеряемыми точками будет меньше 8 больших делений, а ручку в центре переключателя "Время/ДЕЛ" ∆  установили в крайнее правое положение;

    г) установили ручкой "УРОВЕНЬ" устойчивое изображение на экране ЭЛТ;

    д) переместили ручкой "↕" изображение, чтобы точки между которыми измеряется вpeмя, находились на горизонтальной центральной линии;

    е) установили ручкой " " изображение так, чтобы точки,
между которыми измеряется время, находились в пределах восьми центральных больших делений сетки;

    ж) измерили горизонтальное расстояние между измеренными точками и умножили его на значение коэффициента развертки. Получили 10 кГц.

        Время  Т = 2 * 50 * 10-6 = 10-4с
                     
F = 1/T = 10 кГц.

Лабораторная работа № 2

Цель работы: изучить процессы в одиночном колебательном контуре при различных значениях его параметров.

1.Схема установки представлена на рисунке 10

Рисунок 10 – Схема установки

Собрали схему, приведенную на рис. 10.  Подключили к гнездам платы "1-2" дополнительный конденсатор С*. Конденсатор C1 установить в положение, соответствующее максимальному значению емкости (крайнее правое положение ручки C1). После проверки схемы преподавателем включили тумблер питания стенда. Установили переключатель рода работ на осциллографе в положение 1 и подготовить его к измерениям свободных колебаний в контуре. Включили осциллограф.

2. Экспериментальные и расчётные данные

1. Ручкой "УРОВЕНЬ" установили на экране осциллографа неподвижное изображение затухающих колебаний. Перевели резистор R1 в крайнее левое положение и зарисовали осциллограмму, соответствующую колебательному процессу. Осциллограмма представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 – осциллограмма, соответствующая колебательному процессу.

Перевели резистор R1 в крайнее правое положение и зарисовали осциллограмму, соответствующую апериодическому процессу. Рисунок 3

Рисунок 3 – осциллограмма апериодического процесса.

2. Установили резистор R1 в крайнее левое положение. По
осциллограмме затухающих колебаний измерили логарифмический декремент затухания.

 ;
= 1/0,8 = 0,2234

3. Используя формулу Q=/, вычислим добротность контура:

 Q=/ = 3,14 / 0.223 = 14,089

4. По осциллограмме затухающих колебаний измерили период собственных колебаний То = 0,6*50*10-6= 30*10-6с.

5. По формуле R= 2L*/То определили сопротивление потерь контура.

R = 74,3 Ом

6. По заданным величинам С* и L*, используя формулу  =(L/С)1/2, определили волновое сопротивление контура.

=31622,78

7. Используя цифровой вольтметр B7I6A, установили резистор R1 в положение, соответствующее величине R1=2-R, предварительно отключив oт него проводники.

R1=63171,25 Ом

8. Восстановили схему измерений. Зарисовали осциллограмму, получающуюся при величине резистора R1 , установленной в пункте 7, которая соответствует критическому режиму колебания. Рисунок 4

Рисунок 4 – Критический режим колебания.

Лабораторная работа № 3

Цель работы: изучить вынужденные колебания в последовательном контуре.

  1.  Принципиальная схема эксперимента представлена на рисунке 5

Рисунок  5 – схема эксперимента

Собрали схему для исследования вынужденных колебания в последовательном контуре с использованием в качестве источника колебаний генератора ГЗ-33. Рисунок 5

  1.  Экспериментальные и расчётные данные

1.Установили тумблер на блоке № 1 лабораторного стенда в положение "ИСТОЧНИК НАПРЯЖЕНИЯ". Перевести выключатель внутренней нагрузки генератора Г3- 33 в положение "ВКЛ", а переключатель шкал - в положение 1В.

2. Включили тумблеры на блоке питания лабораторного стенда, генератора ГЗ-33 и вольтметра В7-26 Прогрели приборы в течение нескольких минут.

3.Установили на выходе генератора ГЗ-33 напряжение 0,5 В.

4. Подготовили вольтметр В7-26 к измерению переменного напряжения.

5. Измерили напряжение на выходе блока № 1, вводимое в последовательный контур, вольтметром В7-26 на пределе 1 В. После проведения измерений восстановить схему по пункту 1.

6. Установили величину емкости C1 на лабораторной плате в
соответствии с величиной С*

f*120 кГц    R*=30 Ом    L*=6мГн;          L=1/ C*

C* =300 пФ

Ручку резистора R1 вывели в крайнее левое положение. Изменяя частоту генератор в диапазоне     100-140 кГц добились резонанса в контуре, регистрируя его по максимальному показанию вольтметра, выбрав при этом соответствующее положение переключателя пределов измерении U   В7-26.

7. Не меняя положение ручки конденсатора С1, снять зависимость напряжения на емкости последовательного контура от частоты подводимых колебания (резонансную кривую). Частоту генератора ГЗ-33 изменили "ВНИЗ" и "ВВЕРХ" от резонансной частоты через 1 кГц. Провели 11 измерений. Результаты занести в табл.1.

Таблица 1

f,кГц

110

112

114

116

118

120

122

124

126

128

130

Uc,B

10

10.5

11.5

16

25

47

28

16

13

10.5

10

8. Изменили величину сопротивления потерь контура и повторили измерения по пункту 6. Для этой цели выставили по показаниям В7-26 положение резонанса, соответствующее условиям пункта 7. Ввести дополнительные потери в контур, включив параллельно CI резистор нагрузки   R*   тумблером П1. Установить ручку резистора   R*   в среднее положение. Результаты измерений занести в табл. 2.

Таблица 2

f,кГц

110

112

114

116

118

120

122

124

126

128

130

Uc,B

5,5

6

8

10

15,5

23

19

12

8

7

6

9. По данным  табл. 1 и 2 построить две резонансные кривые (рисунок 6).  По резонансным кривым определить полосы пропускания и добротности.

Рисунок 6 – Резонансные кривые построенные по экспериментальным данными

Полосой пропускания контура считается спектр волн, имеющий амплитуду равную 0,7 от максимальной амплитуды. Для первого контура полоса пропускания 113-126 кГц, для второго контура полоса пропускания 125-137 кГц.

Определяем добротность контуров по формуле, связывающей добротность, полосу пропускания и резонансную частоту.

Q1 = 120/2(126-113)=4.613

Q2 = 126/2(137-125) = 5.25

10.Определили добротность контура по отношению напряжения на выходе С при резонансе к величине напряжения на входе контура. Для этой цели воспользоваться результатами измерений по пунктам 6, 7, 8. Сравнили полученные величины с такими же значениями из пункта 9. Объяснить полученные результаты.

Q1 = 1,2/0.5 = 2.4

Q2 = 0.97/0.5 = 1.94

11.Принимая во внимание определение полосы пропускания контура по резонансной кривой осуществили ее вычисление по трем измерениям напряжения на выходе контура при соответствующем изменении частоты генератора. Сравнили полученные результаты с соответствующими значениями по пункту 10.

Вывод о проделанной работе.

В ходе выполнения  лабораторных работ мы познакомились с основными измерительными приборами. Научились ими пользоваться. Получили основные сведения о колебательном контуре, научились вычислять его полосу пропускания и добротность.


 
Iom

i

I1m

I2m

t


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

36168. Магнитные головки для записи информации на жесткий диск 112 KB
  Вначале это были монолитные головки. Композитные головки выполнены из феррита на подложке из стекла или твердой керамики и имеют меньшие размеры в сравнении с монолитными. Дальнейшим развитием технологии композитных головок стали так называемые головки MIGтипа MIG Metal In Gap.
36169. Технологии записи на магнитные диски 206 KB
  Домены магнитных материалов используемых в продольной записи располагаются параллельно поверхности носителя. Этот эффект и используется при записи цифровых данных магнитным полем головки изменяющимся в соответствии с сигналом информации. Попытки увеличить поверхностную плотность записи путем уменьшения размеров частиц будут увеличивать отношение размера зоны неопределенности к размеру полезной зоны не в пользу последней и в конце концов неизбежно приведут к так называемому суперпарамагнитному эффекту когда частицы перейдут в однодоменное...
36170. ОПТИЧЕСКИЕ ГОЛОВКИ 260 KB
  Задача эта непростая поскольку большинство оптических элементов адаптировано как правило для работы с излучением только одной длины волны. Вопервых необходимо было обеспечить приемлемое рабочее расстояние объектива при любой длине волны излучения. Вовторых обеспечить компенсацию сферических аберраций – также при любой длине волны излучения. Втретьих обеспечить изменение числовой апертуры объектива в зависимости от длины волны проходящего через него света.
36171. SuperAudioCD 87 KB
  Следует заметить что технология одноразрядного квантования используется сейчас и для преобразования звука в других форматах однако там полученный одноразрядный поток в конце концов всетаки приводится к последовательности многоразрядных отсчетов 16 20 24разрядных и в дальнейшем все операции по формированию потока данных перед записью на носитель производятся уже с ними. Этот слой является носителем данных DSD и считывается оптической головкой с числовой апертурой 06 лучом лазера с длиной волны излучения 650 нм. В процессе...
36172. Варианты формата CD 133 KB
  Такая версия компактдиска появилась в 1985 году и получила название CDROM Read Only Memory – память только для чтения. Поскольку диск CDROM предстояло использовать в составе вычислительных комплексов различной сложности то для него был разработан специальный дисковод легко вписывающийся в архитектуру компьютера. Дополнительное кодирование в CDROM производится до того как данные поступают на кодер CIRC точно такой же как в системе защиты от ошибок формата CDAudio. В формате CDROM эти 24 символа являются обезличенными и могут нести...
36173. ИЗГОТОВЛЕНИЕ BD-ДИСКОВ 401 KB
  Мастеринг BDдисков Существует три основные технологии мастеринга BDдисков: метод PTM иммерсионный метод и метод записи пучком электронов. Системы EBR Electron Beam Recorder использующие для записи пучок электронов наиболее дороги но позволяют получить очень высокое разрешение.1 иллюстрирует процесс формирования дорожки записи. Такая длина волны близка к длине волны излучения газовых лазеров которые применяются для записи оптических дисков в форматах CD и DVD.
36174. Структура минидиска 56.5 KB
  Частота сигнала вобуляции равна 2205 кГц. Эту частоту легко получить путем деления пополам частоты дискретизации звукового сигнала fд = 441 кГц. Кодирование данных DIP производится перед изготовлением диска путем частотной модуляции несущей fн = 2205 кГц бифазным кодом. Модуляция осуществляется с помощью тактовой частоты fт = 6300 Гц которая получается путем деления частоты дискретизации 441 кГц на 7 см.
36175. Записываемые диски 215.5 KB
  Длина волны вобуляции в общем случае равна 5 мкм рис. ФОРМАТ КОДИРОВАНИЯ АДРЕСНЫХ ДАННЫХ ВОБУЛЯЦИЕЙ НАПРАВЛЯЮЩЕЙ ДОРОЖКИ Записываемый диск BDR и перезаписываемый диск BDRE имеют один и тот же формат данных которые содержатся в законе вобуляции направляющей дорожки и формируются еще при изготовлении диска. Кроме того модулируя закон вобуляции можно заносить на диск дополнительные данные необходимые как для идентификации фрагментов записываемого материала так и для идентификации самого диска. Поскольку запись данных всегда выполняется...
36176. КОНСТРУКЦИЯ ДИСКА BD-ROM 50 KB
  Однако регистрирующий слой у BDдиска находится гораздо ближе к внешней поверхности той через которую осуществляется считывание чем у CD и DVD – на расстоянии всего 100 мкм от нее у CD это расстояние равно 11 мм у DVD – 06 мм. Если диск является двухслойным то второй информационный слой L1 располагается на расстоянии 25 мкм от первого слоя L0 ближе к внешней поверхности рис. Между этими двумя информационными слоями также находится разделительный слой поликарбоната. Диск BDROM Если диск является диском BDROM тиражированный...