Учебно-методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов III курса физического факультета

Рекомендуемый библиографический список
1. Ефимчик М. К., Шушкевич С. С. Основы радиоэлектроники. Минск. 1981 г.
2. Карлащук В. И. Электронная лаборатория на IBM PC. М. «Солон-Р». 2000 г.
3. Балычев А.Л., Лямин П.М., Тулиев Е.С. Электронные приборы. М.: ЛАЙТ ЛТД, 2000 г.
4. Жеребцов И.П. Основы электроники. Л., «Энергоатомиздат». Ленинградское отделение, 1990 г.
5. Батушев В.А. Электронные приборы М.: «Высшая школа», 1980 г.
6. Бочаров Д.И. Электронные приборы. М.: «Энергия», 1979 г.
Лабораторная работа № 3
Резонансный контур


Цель работы: изучение основных свойств резонансного контура, определение его параметров.

Порядок выполнения работы

1. Определите основные характеристики последовательного резонансного контура.
1.1 Запустите программу Electronics Workbench (Ewb) и откройте файл lab31.ewb, в котором находится схема для исследования последовательного колебательного контура (рис.1).

Рис. 1
В цепи, изображенной на рис.1., при равенстве индуктивного и емкостного сопротивлений наблюдается явление резонанса напряжений. При заданных значениях X_L и X_c резонанс наступает при частоте
.
При резонансе напряжений ток цепи определяется только сопротивлением резистора R и совпадает по фазе с входным напряжением. Напряжения на индуктивной катушке и конденсаторе равны и могут превышать входное напряжение в Q раз, где Q – добротность контура, равная


.

Добротность контура может быть записана как отношение характеристического (волнового) сопротивления контура W / R, где

.
Параметр W имеет размерность сопротивления и называется характеристическим сопротивлением контура.
Кривые зависимости действующих значений тока контура, напряжений на участках R, L, C от частоты являются его частотными характеристиками.
В схеме, приведенной на рис.1, для указанных на ней параметров резонанс наблюдается при частоте Волновое сопротивление W= 10001=1000 Ом, добротность контура Q=W/R = 1.
Значение тока в цепи при резонансе I = U / R = 1/1000 = 1 мА, падение напряжения на индуктивности и емкости

1.2. Изменяйте частоту источника ЭДС в диапазоне, указанном в табл.1 (особый интерес представляет резонансная частота 159.155 Гц), и записывайте показания приборов в табл.1.

Таблица 1. Таблица 2

1.3. Убедитесь, что при резонансе напряжений угол сдвига фаз между током и напряжением равен нулю. Для этого откройте экран осциллографа двойным щелчком мыши.
1.4 По данным табл.1 постройте зависимости I(f), UL(f), Uc(f) на одном графике.
1.5 Повторите опыт еще для двух значений сопротивления резистора (R=500 Ом и R=100 Ом) и измерьте значения тока контура .Запишите показания амперметра в табл.2.
1.6. По данным табл.2 постройте на одном графике зависимости тока от частоты при трех значениях добротности контура Q.
1

Рис. 2

.7.Выясните зависимость частотных характеристик от добротности контура.
2. Определите основные характеристики параллельного колебательного контура.
2.1. Откройте файл lab32.ewb, содержащий схему для исследования параллельного колебательного контура (рис.2).
В цепи, изображенной на рис.2., при равенстве индуктивного и емкостного сопротивлений наблюдается явление резонанса токов. Параллельный колебательный контур является основным элементом большинства частотно-избирательных устройств.
Собственно колебательный контур состоит из двух параллельно включенных ветвей: индуктивной с сопротивлением потерь в виде внутреннего сопротивления R_l амперметра I_l и емкостной с сопротивлением потерь в виде внутреннего сопротивления R_c амперметра I_c. Эти сопротивления могут изменятся и для рассматриваемой схемы установлены равными 1 Ом для обоих амперметров. К контуру подключены измерительные приборы: вольтметры U_l, U_rl, U_r предназначены для измерения падения напряжения соответственно на индуктивности L, на сопротивлении потерь R_l и на резисторе R.
Для параллельного колебательного контура вводится параметр, который равен сопротивлению контура на резонансной частоте и называется резонансным сопротивлением R_р, определяемым по формуле:
R_р=(₀^.L)²/R_s=1/[R_s(₀^.C)²],
где R_s=R_l+R_c - суммарное сопротивление потерь контура.
Соотношение между подводимым к контуру током I_m и током в контуре I_k на резонансной частоте определяется выражением:
I_k=Q^.I_m, где Q - добротность контура, равная ₀^.L/R_s=1/(₀^.R_s^.C).
Для схемы на рис.2. R_р=(1000^.1)²/2=500000 Ом; Q=(1000^.1)/2=500. Подводимый к контуру ток и ток контура: I_m=U/(R_р+R)=1/(500000+1000)=1,996 мкА;
I_k=1,996^.500=998 мкА.
2.2. Проведите измерение амплитудно-частотной и фазово-частотной характеристики по измерителю АЧХ и ФЧХ (Bode Plotter).
2.3. Проведите моделирование при сопротивлении потерь R_l = R_c = 8ом.
2.5. Рассчитайте амплитудно-частотную и фазо-частотную характеристики колебательного контура и сравните полученные результаты с данными моделирования.