2020-10-10
91
ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЗОНАНСА В ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОМ
КОЛЕБАТЕЛЬНОМ КОНТУРЕ
Цель работы: исследование амплитудно– частотных и фазо– частотных характеристик последовательного колебательного контура.
Рабочее задание
1 Предварительный расчет
1.1 По заданным значениям индуктивности катушки и емкости конденсатора определить теоретически резонансную частоту контура
1.2 Считая активную составляющую сопротивления катушки равной нулю, определить сопротивление резистора, который необходимо включить последовательно с катушкой и конденсатором для получения добротности контура, равной 10.
П р и м е ч а н и е ‑ При экспериментальном исследовании цепи значения резонансной частоты, активного сопротивления контура и добротности уточняются.
2 Экспериментальная часть
2.1 Собрать электрическую цепь по схеме, изображенной на рисунке 9.1. В качестве сопротивления R д использовать магазин сопротивлений (вход R). Установить значение сопротивления магазина, ближайшего к расчетному для добротности, равной 10.
2.2 Установить напряжение на входе цепи U равным 1 ‑ 4 В (по заданию преподавателя) и изменяя частоту генератора, определить частоту, при которой разность фаз напряжения и тока 
будет равной 
. Эта частота и является резонансной частотой контура, полученной экспериментально. Измерить ток контура I 0, подведенное напряжение U и напряжение на конденсаторе на резонансной частоте UС. Активная составляющая сопротивления контура определится по формуле 
.
Добротность контура 
при f = f 0.
Рисунок 9.1
2.3 Поддерживая напряжение на входе неизменным и устанавливая различные частоты генератора (в пределах от 0,5 f 0 до 2 f 0), снять частотные характеристики контура. Измеренные значения напряжений и токов занести в таблицу 9.1.
П р и м е ч а н и е ‑ В диапазоне частот от 0,5 f 0 до 2 f 0 установить не менее 10 частот (включая граничные и резонансную), при этом в области резонансной частоты изменять через каждые 50 или 100 Гц.
Таблица 9.1
| Измеренные величины | Вычисленные величины | ||||||||||||
| U, В | f, Гц | I, А | UС , В | U к, В | lT, мм |  ,
мм
| , ,
град
|  ,
В
|  ,
В
|  ,
Ом
|  ,
Ом
|  ,
Ом
|  ,
Ом
|
2.4 Значения добротности, полученной при выполнении 2.2, занести в строку Q 1 таблицы 9.2.
Таблица 9.2
|
| f, Гц | ||||||||
| |||||||||
| U = |
| I, мА | |||||||
| 
| ||||||||
|
| I, мА | ||||||||
|
| |||||||||
Из таблицы 9.1 значения частот и токов, полученные для вычисленной добротности, перенести в таблицу 9.2.
2.5 Увеличить дополнительное сопротивление R д в 2 раза.
Поддерживая неизменным входное напряжение и устанавливая ранее выбранные значения частот, измерить значения тока и полученные результаты занести в таблицу 9.2.
П р и м е ч а н и е ‑ Значения активной составляющей сопротивления контура и добротности определяются по методике, описанной в 2.2.
2.6 Установить первоначальное значение дополнительного сопротивления. Поддерживая значение тока в цепи неизменным (0,1 ‑ 0,2 А) и изменяя частоту генератора в пределах 0,5 f 0 до 2 f 0, снять зависимости U (f), U к(f), UС (f). Полученные значения занести в таблицу 9.3.
Таблица 9.3
| Измеренные величины | Вычисленные величины | ||||||
| I, мА | f, Гц | U,В | U к, В | UС, В | UL, В | UR, В | Z, Ом |
3 Обработка экспериментальных данных
3.1. По экспериментальным данным таблицы 9.1 вычислить UL и UR ..
По полученным данным построить в одних осях координат графики:
Проанализировать полученные кривые. Обратить внимание на характер графиков 
, 
и сделать выводы. Обратить внимание на максимальные значения тока и напряжения . Сравнить значение . при частоте, равной резонансной, с входным напряжением. Сделать выводы.
3.2 По экспериментальным данным таблицы 9.1 вычислить значения 
и 
. По полученным данным построить графики в одной системе координат. Проанализировать графики зависимостей 
и .
Сравнить значения и 
на частотах 
и 
. Сравнить значение 
на резонансной частоте со значением R, полученным в результате выполнения 2.2. Обратить внимание на знак и величину угла сдвига фаз в зависимости от частоты. Сделать выводы.
3.3 По данным таблицы 9.1 для частот и построить в масштабе векторные диаграммы напряжений и токов последовательного контура. Пояснить отличие построенных векторных диаграмм. Сделать выводы.
3.4 Рассчитать все величины таблицы 9.2. По данным таблицы построить график зависимостей 
для различных значений добротности. Определить полосы пропускания. Следует иметь в виду, что отношение 
равно 
. Сравнить результаты вычислений для различных значений добротности. Сделать выводы.
3.5 Провести необходимые вычисления величин таблицы 9.3 и построить графики зависимости 
и 
при I = const. Пояснить полученные графики.
3.6 Оформить отчет
