Различия
Показаны различия между двумя версиями страницы.
| Предыдущая версия справа и слева Предыдущая версия Следующая версия | Предыдущая версия | ||
|
lab5:теория_55 [2019/04/15 16:35] root_s [Контрольные вопросы] |
lab5:теория_55 [2025/07/01 11:59] (текущий) |
||
|---|---|---|---|
| Строка 77: | Строка 77: | ||
| Q = \frac{f_0}{2\Delta f}, | Q = \frac{f_0}{2\Delta f}, | ||
| $$ | $$ | ||
| - | где $2\Delta f$ --- // | + | где $2\Delta f$ --- // |
| На рис. 7,б приведена фазо--частотная характеристика последовательного контура, | На рис. 7,б приведена фазо--частотная характеристика последовательного контура, | ||
| Строка 92: | Строка 92: | ||
| где $Q$ и $\rho $ --- собственная | где $Q$ и $\rho $ --- собственная | ||
| $$ | $$ | ||
| - | R* = \frac{R_{i}' | + | R^* = \frac{R_{i}' |
| $$ | $$ | ||
| --- параллельное соединение сопротивлений $R_{i}$' | --- параллельное соединение сопротивлений $R_{i}$' | ||
| Строка 114: | Строка 114: | ||
| Модулированный сигнал в этом случае будет представлен функцией | Модулированный сигнал в этом случае будет представлен функцией | ||
| \begin{equation} \label{GrindEQ__8_} | \begin{equation} \label{GrindEQ__8_} | ||
| - | A(t)=A_{m} \left(t\right)\sin \left(\omega _{0} t\right)=A_{0m} \left(1+m\cos \left(\Omega t\right)\right)\sin \left(\omega _{0} t\right) \ \ \ \ (8) | + | A(t)=A_{m} \left(t\right)\sin \left(\omega _{0} t\right)=A_{0m} \left(1+m\cos \left(\Omega t\right)\right)\sin \left(\omega _{0} t\right) |
| \end{equation} | \end{equation} | ||
| где $m$ --- // | где $m$ --- // | ||
| \[ | \[ | ||
| - | A_{m} \left(\Omega , | + | A_{m} \left(\Omega , |
| \] | \] | ||
| где $A_m(t)$ --- огибающая модулированного сигнала, | где $A_m(t)$ --- огибающая модулированного сигнала, | ||
| \[ | \[ | ||
| - | A_{m} \left(t\right)=A_{0m} \left(1+m\cos \left(\Omega t\right)\right). | + | A_{m} \left(t\right)=A_{0m} \left(1+m\cos \left(\Omega t\right)\right). |
| \] | \] | ||
| Подставив в (8) значения | Подставив в (8) значения | ||
| Строка 142: | Строка 142: | ||
| {{ : | {{ : | ||
| Огибающая и ее спектр представлены на рис. 10,а,б. Спектр огибающей легко получить, | Огибающая и ее спектр представлены на рис. 10,а,б. Спектр огибающей легко получить, | ||
| - | $\cos(\Omega t) = \cos(-\Omega t) и записав огибающую функцию в виде | + | $\cos(\Omega t) = \cos(-\Omega t)$ и записав огибающую функцию в виде |
| \[ | \[ | ||
| A_{m} \left(t\right)=\left(\frac{mA_{0m}}{2}\right)\cos \left(-\Omega t\right)+A_{0m} +\left(\frac{mA_{0m}}{2} \right)\cos \left(\Omega t\right). | A_{m} \left(t\right)=\left(\frac{mA_{0m}}{2}\right)\cos \left(-\Omega t\right)+A_{0m} +\left(\frac{mA_{0m}}{2} \right)\cos \left(\Omega t\right). | ||
| \] | \] | ||
| - | Средняя компонента --- это постоянная составляющая (частота равна нулю), две крайние имеют частоты $\pm \Omega .$ Легко заметить, | + | Средняя компонента --- это постоянная составляющая (частота равна нулю), две крайние имеют частоты $\pm \Omega .$ Легко заметить, |
| Самое широкое применение амплитудная модуляция находит в радиотехнике, | Самое широкое применение амплитудная модуляция находит в радиотехнике, | ||
| Строка 185: | Строка 185: | ||
| - | ===== Задания | ||
| - | |||
| - | ==== Задание 1: Исследование параметров параллельного контура. ==== | ||
| - | |||
| - | Цель: | ||
| - | - по известным (измеренным) значениям элементов контура $L,$ $R_L$ и $C$ научиться рассчитывать собственные параметры контура $f_{0}$, $Q,$ $\rho $, $R_э$, реализовать и измерять их в экспериментальной установке; | ||
| - | - уметь определять степень влияния подключенных к контуру устройств (генератора и нагрузки) на собственные параметры контура, | ||
| - | |||
| - | === Упражнение 1. === | ||
| - | Измерение величин элементов контура (схема 1). Удалив перемычки П$_1$, П$_2$, измерьте значения индуктивности $L_{1}$, омического сопротивления провода катушки $R_{L1}$, емкости $C_{1}$, а также сопротивления резисторов $R_{1}$, $R_{2}$ и $R_{3}$ | ||
| - | |||
| - | Краткую инструкцию пользования измерителем MT4080D см. в прил. 1 к данной работе. Для проверки умения пользоваться измерителем к набору элементов макетной платы приложены эталонные | ||
| - | |||
| - | По измеренным значениям $L_{1}$, $R_{L1}$ и $C_{1}$ | ||
| - | |||
| - | === Упражнение 2. === | ||
| - | Измерение собственных параметров параллельного КК. Подключите генератор к входу Г$_{пар}$. Соберите схему параллельного контура, | ||
| - | |||
| - | {{ : | ||
| - | |||
| - | При экспериментальном определении $Q$ все измерения частот должны быть выполнены с точностью до 4--го знака (почему? | ||
| - | |||
| - | === Упражнение 3. === | ||
| - | Влияние выходного сопротивления генератора на добротность контура. Подключая параллельно резистору $R_{1}$ сменные резисторы $R_{1}' | ||
| - | |||
| - | Экспериментальное значение нагруженной добротности определяется прежним способом: | ||
| - | |||
| - | === Упражнение 4. === | ||
| - | Влияние нагрузки на добротность КК. Подключите сменный резистор $R_1' = 10^{5}$ Ом параллельно конденсатору контура и измерьте получившееся значение $Q_н$. Сравните его значение с данными предыдущего упражнения. | ||
| - | |||
| - | Анализ полученных результатов (вопросы к сдаче задания № 1). | ||
| - | |||
| - | - Сравните расчетные и измеренные значения $f_{0}$ и $Q.$ Обратите внимание на то, что при хорошем совпадении величин $f_{0}$ экспериментальные и теоретические значения для $Q$ значительно отличаются даже при максимальных значениях ($R_{i} +R_{1}$) и $R_н$. | ||
| - | - Подумайте, | ||
| - | ==== Задание 2. Измерение параметров последовательного КК. ==== | ||
| - | |||
| - | === Упражнение 1. === | ||
| - | Измерение собственных параметров последовательного КК. Переключите перемычку П$_{1}$ в положение 1, а перемычку П$_{2}$ удалите. Выходной сигнал контура будем снимать с емкости С (Вых. 2). Подключите генератор к входу Г$_{пос}$. Измерьте добротность $Q_э$ последовательного контура. Данные занесите в таблицу 2. | ||
| - | {{ : | ||
| - | |||
| - | === Упражнение 2.=== | ||
| - | Проверка влияния последовательного сопротивления на добротность КК. Устанавливая вместо перемычки П$_{1}$ сменные резисторы $R_{4}' | ||
| - | |||
| - | === Упражнение 3. === | ||
| - | Проверка влияния нагрузки на параметры последовательного КК. | ||
| - | - Подключите параллельно конденсатору $С$ контура сменный резистор $R_1' = 10^5$ Ом, как это делалось в параллельном контуре, | ||
| - | - Подключите сменный резистор $R_1' = 10^5$ Ом параллельно катушке индуктивности контура и измерьте получившееся значение $Q_н$. | ||
| - | |||
| - | === Упражнение 4. === | ||
| - | Проверка эквивалентности влияния параллельного $R_н$ и последовательного $R_{н.экв}$ сопротивлений на добротность | ||
| - | - Удалив перемычку П$_1', | ||
| - | - Отсоединив переменный резистор от контура, | ||
| - | - Проверьте справедливость формулы $R_н = \frac{\rho^2}{R_{н.экв}}.$ | ||
| - | |||
| - | |||
| - | ==== Задание 3. Использование контура в режиме прием/ | ||
| - | |||
| - | В данном задании используется нижняя схема макетной платы. | ||
| - | |||
| - | === Упражнение 1. === | ||
| - | Измерение параметров контура 2. | ||
| - | |||
| - | - Измерителем иммитансов измерьте параметры нижнего контура: | ||
| - | - Подключите к входу Г генератор сигналов и определите частотный диапазон резонансной настройки контура, | ||
| - | - Обратите внимание на то, что в данном случае между выходом генератора и параллельным контуром вместо сопротивления $R_1 = 3\cdot 10^{6}$ Ом включен конденсатор малой емкости $С_{2}\approx 7$ пф. Подумайте, | ||
| - | |||
| - | === Упражнение 2. === | ||
| - | Параллельный контур в качестве приемного селективного устройства электромагнитных сигналов. | ||
| - | - К выходу генератора подключите передающую антенну, | ||
| - | - Установив ручку переменного конденсатора в произвольное положение, | ||
| - | - Поверьте нижнее и верхнее значение резонансной частоты контура, | ||
| - | |||
| - | === Примечание.=== | ||
| - | Приемная антенна имеет некоторую емкость относительно корпусов приборов и самого экспериментатора. Эта емкость может меняться в зависимости от положения антенны. Для уменьшения ее влияния на резонансную частоту контура служит разделительный | ||
| - | |||
| - | === Упражнение 3.=== | ||
| - | Наблюдение амплитудно модулированного сигнала. | ||
| - | - Настройте контур в резонанс с генератором на частоте $f\approx 100$ кГц. Переключите генератор сигналов в режим модулированного сигнала (режим внутренней модуляции синусоидальным сигналом с частотой $\Omega = 400$ Гц). | ||
| - | - Пронаблюдайте модулированный сигнал на осциллографе, | ||
| - | - Переключите осциллограф в режим быстрого преобразования Фурье и определите спектр модулированного сигнала. Измерьте коэффициент модуляции $m.$ | ||
| - | |||
| - | === Упражнение 4. === | ||
| - | Изучение работы амплитудного диодного детектора. | ||
| - | - Подключите приемную антенну к выходу контура, | ||
| - | - Подключите вход СН1 осциллографа к контуру (Вых. 3), а вход СН2 --- к выходу детектора (Вых. 4). | ||
| - | - Настройте контур в резонанс с генератором. Изменяя глубину модуляции сигнала, | ||
| ===== Библиографический список ===== | ===== Библиографический список ===== | ||
| Строка 284: | Строка 198: | ||
| - | ===== Приложения ===== | + | Назад к [[lab5: |
| - | + | [[: | |
| - | ==== Обозначения основных элементов электрических цепей ==== | + | |
| - | + | ||
| - | Условно на электротехнических схемах емкость $C,$ индуктивность $L,$ взаимоиндуктивность $М$ и сопротивление $R$ изображают, | + | |
| - | + | ||
| - | {{ : | + | |
| - | + | ||
| - | ==== Единицы измерения ==== | + | |
| - | + | ||
| - | В СИ и СГС единицы измерения электротехнических величин связаны следующим образом: | + | |
| - | + | ||
| - | U[СГС] = U[В]/300, | + | |
| - | + | ||
| - | $I$ [СГС]$ = 3\cdot 10^{9}\cdot I$ [А], | + | |
| - | + | ||
| - | $C$ [СГС]$ = 9\cdot 10^{11}\cdot С$ [Ф], | + | |
| - | + | ||
| - | $L$ [СГС]$ = 1\cdot 10^{9}\cdot L$ [Гн]. | + | |
| - | + | ||
| - | Как правило, | + | |
| - | + | ||
| - | ==== Маркировка конденсаторов, | + | |
| - | + | ||
| - | {{ :lab5: | + | |
| - | + | ||
| - | Ранее при маркировке индуктивностей обозначений особого значения сокращенной кодировке не придавали, | + | |
| - | + | ||
| - | А. Первые две цифры указывают значение в микрогенри (мкГн, $\mu$Н), последняя --- количество нулей. Следующая за цифрами буква указывает на допуск. Например, код 101J обозначает $100 \pm 5$% мкГн. Если буква не указывается --- допуск 20%. Исключения: | + | |
| - | + | ||
| - | Б. Индуктивности маркируются непосредственно в микрогенри (мкГн, $\mu$Н). В таких случаях маркировка 680К будет | + | |
| - | + | ||
| - | В. Индуктивности маркируются непосредственно в микрогенри без указания множителей. В этом случае маркировка 500 означает 500 мкГн. | + | |
| - | + | ||
| - | + | ||
| - | + | ||
| - | ==== Измеритель иммитансов типа МТ 4080D ==== | + | |
| - | + | ||
| - | Так как реальные детали --- резисторы, | + | |
| - | + | ||
| - | // | + | |
| - | + | ||
| - | Полное сопротивление (импеданс) определяется формулами | + | |
| - | $$Z = R + iХ, \ \|Z| = \sqrt{R^{2} + Х^{2}}, \ \ \mbox{tg}(\varphi) =\frac XR,$$ | + | |
| - | где $R$ --- активное; | + | |
| - | + | ||
| - | Величина обратная сопротивлению называется проводимостью (адмитансом) и для комплексного сопротивления равна | + | |
| - | $$Y=\frac{1}{Z} =\frac{R}{R^{2} +X^{2} } -i\frac{X}{R^{2} +X^{2} } =g-ib,$$ | + | |
| - | $$ | + | |
| - | \left|Y\right|=\sqrt{g^{2} +b^{2} } \ \ \mbox{tg}(\varphi ) =\frac{b}{g}. | + | |
| - | $$ | + | |
| - | Закон Ома, выраженный через проводимость, | + | |
| - | $$ | + | |
| - | I = YU = Ug - iUb = I_g + I_b, | + | |
| - | $$ | + | |
| - | где $I_g$ и $I_b$ --- активная и реактивная составляющие тока в цепи. | + | |
| - | {{ : | + | |
| - | Эквивалентные схемы импеданса и адмитанса | + | |
| - | + | ||
| - | При комплексном характере нагрузки между током и напряжением в цепи | + | |
| - | + | ||
| - | Аналитические формулы, | + | |
| - | $$ | + | |
| - | U=ZI; \ \ \ I=YU; \ \ \ Y=\frac{1}{Z} =\frac{R}{R+iX} =\frac{R-iX}{R^{2} +X^{2} } =\frac{R}{Z^{2} } -i\frac{X}{Z^{2} } =g-ib | + | |
| - | $$ | + | |
| - | и | + | |
| - | $$ | + | |
| - | g=\frac{R}{Z^{2} }; \ \ \ b=\frac{X}{Z^{2} }; \ \ \ R=gZ^{2} =\frac{g}{Y^{2}}; | + | |
| - | $$ | + | |
| - | $$ | + | |
| - | U=ZI=(R+iX)I=RI+iXI=U_{R} +U_{X} . | + | |
| - | $$ | + | |
| - | Треугольник напряжений характеризуется соотношениями: | + | |
| - | $$ | + | |
| - | U_{r} =U\cos \phi ; \ \ \ U_{x} =U\left|\sin \phi \right|; \ \ \ U=\sqrt{U_{r}^{2} +U_{x}^{2} } , | + | |
| - | $$ | + | |
| - | откуда | + | |
| - | $$ | + | |
| - | I=YU=(g-ib)U=gU-ibU=I_{g} +I_{b} . | + | |
| - | $$ | + | |
| - | + | ||
| - | Из эквивалентной схемы комплексного двухполюсника рис. 2,б следуют аналогичные уравнения для дуальных компонентов (проводимостей): | + | |
| - | $$ | + | |
| - | I_{g} =I\cos \phi ; \ \ \ I_{X} =I\left|\sin \phi \right|; | + | |
| - | $$ | + | |
| - | + | ||
| - | Графически этим уравнениям соответствует треугольник токов (рис. 2,б), из которого получаем соотношения для токов: | + | |
| - | {{ :lab5:p03.png? | + | |
| - | На рис. 3 представлены схемы замещения катушки индуктивности и конденсатора их эквивалентными последовательными и параллельными схемами, | + | |
| - | + | ||
| - | Поскольку в описании прибора использованы обозначения компонентов, | + | |
| - | + | ||
| - | ^ Обозначение ^ Описание ^ | + | |
| - | | $Z$ | комплексное сопротивление (импеданс) | | + | |
| - | | $Ls, Lp$ | индуктивность (для последовательной и параллельной эквивалентной схемы замещения соответственно) | | + | |
| - | | $Cs, Cp$ | емкость (последовательная и параллельная схемы замещения соответственно) | | + | |
| - | | $DCR$ | сопротивление постоянному току (у нас --- $R$) | | + | |
| - | | $ESR$ | эквивалентное последовательное сопротивление ($R_L$ или $R_С$) | | + | |
| - | | $D$ | тангенс угла потерь $\delta $ (величина, | + | |
| - | | $Q$ | добротность (величина, | + | |
| - | | $\theta$ | фазовый сдвиг между током и напряжением в эквивалентной схеме замещения | | + | |
| - | | $OL (-OL)$ | индикация превышения предела измерения | | + | |
| - | | Мигание индикации Test | аккумулятор разряжен ниже нормы, требуется подзарядка | | + | |
| - | + | ||
| - | Эквивалентные схемы замещения, | + | |
| - | + | ||
| - | Для измерения индуктивностей «обычных» катушек индуктивности (колебательных контуров, | + | |
| - | + | ||
| - | Расчетные формулы режима измерения индуктивности: | + | |
| - | + | ||
| - | $Z = \sqrt{ESR^{2} + (2\pi fL)^2}$ --- комплексное сопротивление последовательной эквивалентной схемы; | + | |
| - | + | ||
| - | $\theta = \mbox{arctg}(\frac{2\pi fL}{ESR})$ --- угол сдвига фаз | + | |
| - | + | ||
| - | $D = \frac{Z}{2\pi fL}$ --- тангенс угла потерь; | + | |
| - | + | ||
| - | $Q = \frac{1}{\mbox{tg}\theta = \frac{ESR}{2\pi fL}$ --- добротность катушки; | + | |
| - | + | ||
| - | $R$ --- сопротивление катушки на постоянном токе; | + | |
| - | + | ||
| - | $ESR $ --- последовательное омическое сопротивление импеданса; | + | |
| - | + | ||
| - | $X = 2\pi fL$ --- реактивная часть комплексного сопротивления, | + | |
| - | + | ||
| - | $f$ --- частота, | + | |
| - | + | ||
| - | Эти формулы соответствуют формулам треугольника напряжения на рис. 3: | + | |
| - | \[\mbox{tg}\delta =\frac{U_{R} }{U_{L} } =\frac{R_{L} I}{\omega LI} =\frac{R_{L} }{\omega L}; \ \ \ Q=\frac{1}{\mbox{tg}\delta } =\frac{\omega L}{R_{L} } =\mbox{tg}\varphi ,\] | + | |
| - | где $\delta $ --- угол потерь, | + | |
| - | + | ||
| - | Схемы замещения конденсатора и соответствующие векторные диаграммы представлены на рис. 2,д--з. | + | |
| - | + | ||
| - | По векторным диаграммам легко получить расчетные формулы: | + | |
| - | \[R_{пр} =R_{S} =\frac{1}{\omega C\mbox{tg}\delta }; \ \ \ R_{пс} =R_{p} =\frac{\mbox{tg}\delta }{\omega C} .\] | + | |
| - | + | ||
| - | Обычный режим измерения емкости --- параллельная схема замещения (индикация $С_Р$), в которой параллельное сопротивление «замещает» сопротивление утечки диэлектрика конденсатора. | + | |
| - | + | ||
| - | ====Краткая инструкция пользования измерителем MT4080D ==== | + | |
| - | + | ||
| - | На рис. 1. представлено условное изображение передней панели прибора. Верхний ряд цифр индикаторной панели отражает величину (цифровое значение) измеряемого параметра, | + | |
| - | + | ||
| - | {{ : | + | |
| - | + | ||
| - | Левая кнопка среднего ряда (обозначенная буквой $f$) переключает частоту тест--сигнала (частоту, | + | |
| - | + | ||
| - | Индуктивность и емкость могут измеряться по двум схемам замещения катушки индуктивности и конденсатора --- по последовательной ($L_{S}$, $С_{S}$) и параллельной ($L_Р$, $С_Р$). В нашем случае рекомендуется проводить измерения $L_{S}$, $С_{S}$. | + | |
| - | + | ||
| - | ===Обозначения величин, | + | |
| - | $L_{S}$, $С_{S}$ --- индуктивность и емкость при последовательной схеме замещения, | + | |
| - | + | ||
| - | ===Измерения. === | + | |
| - | После включения прибора кнопкой L/C/Z/DCR выберите нужный параметр (индицируется слева вверху) и проведите измерение на частоте тест--сигнала 1 кГц. Помните, | + | |
| - | + | ||
| - | + | ||
| - | + | ||
| - | ==== Краткая инструкция пользования генератором SFG 8255 ==== | + | |
| - | + | ||
| - | На рис. 2 приведено условное изображение передней панели генератора. | + | |
| - | {{ : | + | |
| - | Верхний ряд кнопок позволяет установить 7 поддиапазонов регулирования частоты от Гц до МГц. Три отмеченные значками кнопки нижнего ряда предназначены для задания формы сигнала. Справа внизу находится выходной разъем и левее его --- регулятор амплитуды выхода. Еще левее --- регулятор смещения (добавка постоянной составляющей к выходному сигналу). Ручка «скважность» служит для изменения скважности (отношения Т/Т$_и$, где Т$_и$ --- длительность импульса, | + | |
| - | Этих сведений достаточно для оперативной работы с генератором. Более подробные сведения о режимах его работы нужно смотреть в руководстве по его эксплуатации. | ||
| - | - Включите приборы (генератор и осциллограф) и установите на выходе генератора уровень сигнала, | ||
| - | - Переключая кнопки и используя регуляторы нижнего ряда, проследите за изменением режимов работы генератора. Обратите внимание на действие регуляторов «смещение» и «скважность» при различной форме сигналов. Не забудьте, | ||