Цель:

1. 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;
2. уметь определять степень влияния подключенных к контуру устройств (генератора и нагрузки) на собственные параметры контура, т.е. рассчитывать и экспериментально определять характеристики нагруженного контура;

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 $R_{3}$ макета измерителем иммитансов MT4080D.

Краткую инструкцию пользования измерителем MT4080D см. в прил. 1 к данной работе. Для проверки умения пользоваться измерителем к набору элементов макетной платы приложены эталонные конденсатор $С = 1000 \pm 5$ пФ и резистор $R = 100 \pm 1$ Ом.

По измеренным значениям $L_{1}$, $R_{L1}$ и $C_{1}$ рассчитайте теоретические значения добротности $Q_т$, волнового сопротивления $\rho $ и эквивалентного сопротивления $R_э$ контура и занесите данные в табл. 1.

Измерение собственных параметров параллельного КК. Подключите генератор к входу Г$_{пар}$. Соберите схему параллельного контура, установив перемычки П$_{2}$ и П${}_1$ (последнюю в положение 2). При средней выходной амплитуде генератора изменением частоты определите резонансную частоту контура $f_{0}$. При получении резонансного сигнала уменьшите амплитуду выходного сигнала генератора до такой величины, чтобы максимальная амплитуда на емкости контура была примерно $1\ldots 2$ В. Измерьте полуширину резонансной кривой $2\Delta f = f_в-f_н$ на уровне $0,7$ от максимального и определите $Q_э$ параллельного контура.

При экспериментальном определении $Q$ все измерения частот должны быть выполнены с точностью до 4–го знака (почему?). Для этого используйте возможности точной настройки частоты генератора (краткую инструкцию пользования генератором SFG 2110 см2110 см. в прил. 2). Для уменьшения влияния входного сопротивления осциллографа (нагрузки $R_н$) на собственные параметры контура используйте кабель с выносным делителем х10 ($R_н = 10$ Мом).

Влияние выходного сопротивления генератора на добротность контура. Подключая параллельно резистору $R_{1}$ сменные резисторы $R_{1}' = 10^{5}$ и $R_{1}'' = 10^{4}$ Ом, измерьте значение нагруженной добротности контура. Проверьте справедливость формулы $Q'=(1+\frac{Q\cdot \rho}{R^*})^{-1} Q=kQ,$ для $Q_н$ (для $R_{1}',$ $R_{1}''||R_{1}$).

Экспериментальное значение нагруженной добротности определяется прежним способом: $Q_э' = \frac{f_{0}'}{\Delta f'}.$

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).

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 $R_н$.
2. Подумайте, какие дополнительные потери энергии могут происходить в контуре? Учтите, что мы измеряли активное сопротивление контура $R_L$ на постоянном токе, а при резонансе контур работает на частоте $\approx 150$ кГц. Какие дополнительные потери в катушке могут в связи с этим возникнуть? (Подсказка: Считайте, что катушка $L_{1}$ намотана медным проводом диаметром $0,1$ мм с омическим сопротивлением $2,23 \frac{Ом}{м}$).

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.

Проверка влияния последовательного сопротивления на добротность КК. Устанавливая вместо перемычки П$_{1}$ сменные резисторы $R_{4}' = 10$ и $R_4'' = 51$ Ом, измерьте нагруженные добротности $Q_{н1}$, $Q_{н2}$.

Проверка влияния нагрузки на параметры последовательного КК.

1. Подключите параллельно конденсатору $С$ контура сменный резистор $R_1' = 10^5$ Ом, как это делалось в параллельном контуре, и измерьте получившееся значение $Q_н$.
2. Подключите сменный резистор $R_1' = 10^5$ Ом параллельно катушке индуктивности контура и измерьте получившееся значение $Q_н$.

Проверка эквивалентности влияния параллельного $R_н$ и последовательного $R_{н.экв}$ сопротивлений на добротность контура.

1. Удалив перемычку П$_1',$ включите на ее место переменный резистор $R_{пер} = 1$ кОм. Вращая его ручку, подберите такую величину сопротивления, чтобы добротность контура оказалась равной полученной в упр. 3 ($R_н || L$).
2. Отсоединив переменный резистор от контура, измерьте полученное значение сопротивления $R_{н.экв}$.
3. Проверьте справедливость формулы $R_н = \frac{\rho^2}{R_{н.экв}}.$

В данном задании используется нижняя схема макетной платы.

Измерение параметров контура 2.

1. Измерителем иммитансов измерьте параметры нижнего контура: $L_{2}$, $R_{L2}$, максимальное и минимальное значение емкости переменного конденсатора $C_{мин}$ и $C_{мах}$.
2. Подключите к входу Г генератор сигналов и определите частотный диапазон резонансной настройки контура, перекрываемый переменным конденсатором. Выходной сигнал снимайте с Вых. 3.
3. 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, является ли такая замена эквивалентной с точки зрения влияния генератора на добротность контура?

Параллельный контур в качестве приемного селективного устройства электромагнитных сигналов.

1. К выходу генератора подключите передающую антенну, а на вход Г подключите приемную антенну.
2. Установив ручку переменного конденсатора в произвольное положение, настройте частоту генератора на резонансную частоту контура. Расстояние между антеннами установите примерно $1$ м.
3. Поверьте нижнее и верхнее значение резонансной частоты контура, соответствующие $C_{мин}$ и $C_{мах}$ переменного конденсатора.

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 конденсатор малой емкости $С_{2}$ (почему?).

Наблюдение амплитудно модулированного сигнала.

1. 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).
2. Пронаблюдайте модулированный сигнал на осциллографе, меняя глубину модуляции.
3. Переключите осциллограф в режим быстрого преобразования Фурье и определите спектр модулированного сигнала. Измерьте коэффициент модуляции $m.$

Изучение работы амплитудного диодного детектора.

1. Подключите приемную антенну к выходу контура, а контур с помощью щупа Щ к входу диодного амплитудного детектора. Общая схема приемного контура с детектором приведена на рис. 12.
2. Подключите вход СН1 осциллографа к контуру (Вых. 3), а вход СН2 — к выходу детектора (Вых. 4).
3. Настройте контур в резонанс с генератором. Изменяя глубину модуляции сигнала, проверьте линейность характеристики детектора в зависимости от амплитуды входного сигнала. Установите пределы амплитуды сигнала, при которой нелинейность детектирования не превышает 10%. Нелинейность можно определить по отношению амплитуды 2–й гармоники сигнала (с частотой $ 2\Omega$) к первой.

Назад к или далее к контрольным вопросам или далее к приложению