ID: 876

Название работы: Свободные и вынужденные колебания в контуре

Категория: Лабораторная работа

Предметная область: Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Описание: 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.

Язык: Русский

Дата добавления: 2013-01-06

Размер файла: 182.5 KB

Работу скачали: 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, Ручкой0UΩ    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 “() 1m30pF” 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 “() 1m30pF”
    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