3.3 Исследование источника возбуждения свободно затухающих колебаний
Преобразуем нагрузку в схеме на рисунке 13 из колебательной в апериодическую. Для этого уберем из этой схемы емкость катушки. Схема примет вид, представленный на рисунке 16.
Рисунок 21 – Снимок с экрана схемы с апериодической индуктивно активной нагрузкой
На рисунке 17 показаны осциллограммы напряжений и токов в схеме с апериодической индуктивно активной нагрузкой, а на рисунке 18 растянутые во времени эти осциллограммы.
Рисунок 22
Рисунок 23
Измерили длительность τ импульса при включении на уровне 0,5. Его длительность равна 174 пс. Тогда согласно теоретическим представлениям, изложенным в разделе 3, спектр этого сигнала сплошной, ограничен сверху частотой
= 5,7 ∙ 109
рад/с
или около 900 МГц.
3.4 Анализ ачх и фчх катушки индуктивности
Для анализа АЧХ и ФЧХ катушки индуктивности воспользуемся схемой, показанной на рисунке 24. На рисунке 25 и 26 показаны АЧХ и ФЧХ катушки.
Рисунок 24 – Снимок с экрана схемы для анализа АЧХ и ФЧХ катушки индуктивности
На ФЧХ катушки наблюдаются 4 участка: - первый в виде горизонтальной линии; - второй виде подъема до локального максимума; - резкий спад до минус 90 °; - горизонтальный участок на уровне минус 90 °.
Рисунок 25 - Первый участок ФЧХ до 1 МГц
На первом участке катушка ведет себя как активное сопротивление ESR и вместе с резистором Ri организуют активный делитель напряжения. Поэтому сдвиг фаз между током и напряжением близок к нулю. Коэффициент передачи активного делителя будет равен
= 0,0223
В логарифмических единицах эта величина будет иметь значение
= минус 33,03 дБ
что очень хорошо согласуется с показанием курсора для первого участка АЧХ, наблюдаемого на ИФАЧХ (рисунок 26).
Рисунок 26 - Первый участок АЧХ до 1 МГц
Второй участок простирается от 1 до 90 МГц как показано на рисунках 27 и 28.
Рисунок 27 - Второй участок ФЧХ от 1 МГц до 90 МГц
На втором участке катушка ведет себя как индуктивно-активное сопротивление, на что указывает положительный сдвиг фаз +27 °. В конце второго участка начинает сказываться шунтирующее действие собственной емкости катушки. Прирост фазового угла, обусловленный индуктивной ветвью замедляется за счет его убытия, обусловленного емкостной ветвью. На частоте 90 МГц они сравниваются. При этом на ФЧХ образовывается локальный экстремум. На АЧХ наблюдается небольшой подъем, характерный для начала резонансной кривой, как показано на рисунке 28.
Рисунок 28 - Второй участок АЧХ от 1 МГц до 90 МГц
Третий участок простирается от 90 до 600 МГц, как показано на рисунках 29 и 30. В этом диапазоне частот происходят все резонансные явления, характерные для параллельных колебательных контуров. ФЧХ падает, угол сдвига фаз проходит через ноль и меняет свой знак на противоположный. То есть с активно-индуктивного сопротивление катушки через активное при резонансе переходит в активно- емкостное. В конце этого участка угол стремиться к минус 90°. На АЧХ проявляется характерная резонансная кривая, как показано на рисунке 30.
Рисунок 29 - Третий участок ФЧХ от 90 МГц до 600 МГц
Рисунок 30 - Третий участок АЧХ от 90 МГц до 600 МГц
На последнем, четвертом, участке выше 600 МГц катушка имеет чисто емкостное сопротивление, то есть ведет себя как конденсатор.