3. Описание лабораторной установки

Макет установки (рис. 4.5) включает в себя исследуемые частотно-избирательные цепи с согласующими каскадами и коммутирующие элементы.

Рис. 4.5

На вход макета подают прямоугольные видеоимпульсы — для исследования временных функций и гармонические сигналы — для исследования АЧХ. Поскольку выходное сопротивление используемых генераторов довольно большое (десятки или сотни Ом), они подключаются к исследуемым цепям через согласующий каскад с низким выходным сопротивлением. На параллельный контур сигнал подается через большое сопротивление , что реализует эквивалентный источник тока.

Выходной каскад имеет высокое входное и низкое выходное сопротивления при коэффициенте передачи, равном единице. Этот каскад исключает влияние измерительных приборов на исследуемые цепи.

В макете предусмотрены переключатель вида контура (последовательный — параллельный) и два активных сопротивления нагрузки. Одно ( ) предназначено для включения в последовательный контур. Второе (переменный резистор ) может подключаться как к полному контуру, так и к его части с коэффициентом включения p_L = 0,7 (отвод от индуктивности) или с коэффициентом включения p_C = 0,5 (частичное включение в емкостную ветвь). Выходное напряжение снимается с емкостной ветви контура.

4. Методика выполнения работы

Включить питание макета и используемых приборов. Установить конденсатор переменной емкости в среднее положение, нагрузочный резистор отключить от контура.

Для исследования импульсных характеристик к входу макета подключить выход генератора импульсов, к выходу — вход «Y» осциллографа. Для измерения частотных характеристик использовать высокочастотный генератор синусоидальных сигналов и вольтметр переменного тока.

Исследование импульсных характеристик колебательных контуров

1. Установить генератор прямоугольных импульсов в положение внутреннего запуска, нажав клавишу «Запуск». Длительность импульса возбуждения цепи  = 0,1…0,3 мкс, частота повторения импульсов 3×10⁵ Гц, амплитуда импульсов около 10 В (выход генератора 1:1, множитель — 0,3).

2. Подать синхроимпульс положительной полярности от выхода синхронизации генератора импульсов на вход внешней синхронизации осциллографа. Установить на экране осциллографа, работающего в ждущем режиме, неподвижное изображение реакции цепи на входной импульс. Для этого отрегулировать уровень синхронизации.

3. Измерения начать с исследования импульсной реакции последовательного контура без добавочного резистора r (он должен быть замкнут переключателем). Резистор нагрузки R_н при этом должен быть отключен. Подобрать коэффициент отклонения K₀, В/дел в канале «Y» и коэффициент развертки K_р, мкс/дел в канале «X» так, чтобы осциллограмма импульсной реакции занимала бы большую часть экрана.

4. Измерить параметры импульсной реакции (постоянную времени контура t_к и длительность квазипериода колебаний T). Постоянную времени t_к определить в виде интервала времени, в течение которого огибающая импульсной реакции уменьшится в е = 2,72… раз. Для этого:

а) найти сечение огибающей по уровню 1/е от максимума и подсчитать количество делений экрана, укладывающееся между максимумом и найденным сечением, умножив его на коэффициент развертки K_р, получить значение ;

б) оценить длительность квазипериода колебаний: выбрать на экране достаточно большой временной интервал и подсчитать количество квазипериодов, укладывающихся в него. Разделив интервал на полученное число, найти квазипериод Т и значение резонансной частоты f_р = 1/Т.

5. Включить добавочный резистор r. При этом добротность контура снизится, и постоянная времени импульсной реакции уменьшится. Измерить для этого случая. Частоту (или квазипериод) измерять не надо — в пределах погрешности измерений она изменяться не будет.

6. Переключить макет в режим параллельного контура и измерить постоянную времени аналогичным образом. Затем исследовать влияние сопротивления нагрузки R на постоянную времени контура. Для этого установить переменный резистор в среднее положение, подключить нагрузку к полному контуру и измерить _к. Повторить измерения для частичного включения нагрузки в индуктивную и емкостную ветви контура.

7. Результаты измерений (6 значений постоянной времени) свести в таблицу.

Исследование частотных характеристик колебательных контуров

1. Подключить к входу макета высокочастотный генератор, выбрать диапазон частот в районе 200….600 кГц. Установить режим непрерывной генерации (отсутствие модуляции).

2. К выходу макета подключить вольтметр, установить шкалу вольтметра 1 В.

3. Измерить резонансную частоту и полосу пропускания контура по уровню 0,707 от максимума. Для этого:

а) определить максимум АЧХ и зафиксировать по шкале генератора значение резонансной частоты f_p;

б) подобрать амплитуду генератора так, чтобы выходное напряжение составило бы на резонансной частоте 1 В;

в) плавно перестраивая генератор в обе стороны от резонансной частоты, найти точки f_0,707, где выходное напряжение равняется 0,707 В, и зафиксировать эти частоты. Модуль их разности и есть полоса пропускания контура.

4. Измерить резонансные частоты и полосы пропускания последовательного и параллельного контуров для случаев, указанных в п. 3. Результаты свести в таблицу.

Расчет добротности колебательных контуров

1. Используя данные измерений постоянных времени и резонансных частот контуров, по формуле рассчитать собственную и нагруженную добротности параллельного и последовательного контуров. Используя результаты измерений полос пропускания и резонансных частот контуров, по формуле рассчитать эквивалентные добротности контуров. Сопоставить результаты расчетов.

2. По полученным данным рассчитать сопротивления нагрузки, подключенные к контуру. Для последовательного контура определить дополнительное сопротивление r_н, полагая, что в первом варианте (с закороченным r_н) найдена собственная добротность Q₀, а во втором — нагруженная добротность контура Q_н.

3. Используя вытекающее из (4.4) соотношение

и указанное на макете значение индуктивности, рассчитать значение добавочного сопротивления r_н.

4. Провести аналогичные расчеты сопротивления нагрузки для параллельного контура. Расчетные формулы для этого вывести, используя результаты первого измерения как данные о собственной, а второго — нагруженной добротности.

5. Содержание отчета

Отчет по лабораторной работе должен содержать схемы исследуемых цепей, таблицы с данными измерений постоянных времени, резонансных частот и полос пропускания контуров, а также результаты расчетов и графики импульсной и амплитудно-частотной характеристик для одного из контуров.

Литература: [1], с. 218-222; [2], с. 190-193