Практикум с использованием миниатюрной электротехнической лаборатории мэл, компьютерного моделирования

Лабораторная работа №4

Исследование последовательного колебательного контура.
Описание схемы измерений
Схема измерений собирается из элементов второй панели МЭЛ и показана на рис.4.12. Схема содержит функциональный генератор сигналов, двухканальный осцил- лограф, электронный вольтметр. Генератор сигналов установить в режим формирова- ния гармонических сигналов, начальную частоту установить 1 кГц, выходное напряже- ние 100 мВ, девиацию частоты выключить.

1. 
   Собрать схему последовательного контура (рис.4.1), включив в него для изме- рения тока измерительное сопротивление R_и=10 Ом.
   

Значения индуктивности контура L и емкости C выбрать по номеру бригады из таблицы 4.1 и записать их в протокол измерений. В стендах МЭЛ использованы следу- ющие номиналы элементов: L₁=10 мГн, L₂=6,8 мГн, С₁=68 нФ, С₂=47 нФ. Для получе- ния значений других значений из таблицы 4.1 элементы стенда надо соединять после- довательно или параллельно.

Рис.4.12. Схема реального моделирования контуров на МЭЛ

Лабораторное задание
Таблица 4.1

№ бриг.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

L

L1

L1

L2

L2

L2

2L1

2L1

L2

2L1

2L2

L1

L1

C

C1

C2

C1

C2

0,5C2

0,5C1

C2

0,5C1

C1

C1

2C1

0,5C1

Для исследования могут быть заданы и другие варианты цепей.

2. 
   Для компьютерного моделирования собрать схему, показанную на рис.4.13. В
   

компьютерной модели используется гармонический источник напряжения
e(t) , ток в

контуре измеряется преобразователем ток-напряжение с помощью вольтметра V в режиме AC. Входной сигнал и ток наблюдаются на осциллографе.

3. 
   По значениям индуктивности и емкости рассчитать резонансную частоту кон-
   

тура.

4. 
   Плавно изменяя частоту генератора, найти экспериментальное значение резо-
   

нансной частоты и сравнить его с расчетным.
Резонансную частоту следует определять по нулевому сдвигу фаз между вход- ным напряжением и током в контуре.

5. 
   Изменяя частоту генератора в пределах от 1 до 20 кГц, провести измерение АЧХ напряжения на измерительном сопротивлении электронным вольтметром и сдвига фаз между током и входным напряжением с помощью двухканального осциллографа или фазометра. Осциллограф включить в режим внутренней синхронизации. Напряже- нием U_вых будет напряжение на измерительном сопротивлении. В компьютерной мо- дели напряжение вольтметра численно равно току в контуре. Результаты записать в таблицу 4.2.
   

Таблица 4.2

№	f, кГц	Uвых, мВ	I, мА	φ, град

6. 
   Определить полосу пропускания контура. Для этого на резонансной частоте, регулируя выходное напряжение генератора, установить стрелку вольтметра на отмет- ку «0 дб». Затем, изменяя частоту генератора, найти нижнюю и верхнюю границы по-
   

лосы пропускания по уровню «-3 дб».При этом ток в контуре I_гр = 0,707 I_р. Полоса про- пускания П=f_в-f_н. Определить полосу пропускания и добротность по АЧХ и ФЧХ.

Рис.4.13. Схема компьютерного моделирования последовательного контура

7. 
   В компьютерной модели провести исследование АЧХ и ФЧХ, используя ре- жим Analysis AC Frequency. Для этого в меню Circuit-Schematic Options-Show Hide включить режим Show nodes. В меню Analysis AC Frequency установить границы и режимы исследования (рис.4.14) и узлы для анализа. Включить кнопку Simulate. Зарисо- вать АЧХ и ФЧХ контура, определить резонансную частоту и добротность по гра- фикам (рис.4.15).
   

Рис. 4.14. Установка границ и режимов исследования АЧХ и ФЧХ

Рис.4.15. Результаты моделирования АЧХ и ФЧХ контура

Включив кнопку Toggle Cursors, можно точно измерить значение частоты и амплитуды на графиках. Следует обратить внимание на то, что в компьютерной мо- дели вычисляется сдвиг фаз выходного сигнала относительно входного. Поэтому гра- фик фазы соответствует функции φ( f ) .

8. 
   Подключить параллельно емкости сопротивление нагрузки R₁₄= 10 кОм. По- вторить измерения по п.п. 4-6 (или 7) и заполнить таблицу аналогичную 4.2.