3 Исследование влияния характеристик колебательного контура на преобразование спектра сигнала

3.1 Установить плавным регулятором «частота» на блоке Г-1 резонансную частоту f₀. Переключатель П_ф на блоке Г-2 – в положение «f - var ». Входное напряжение при этом станет прямоугольным (состоящим из нескольких частот), но ток в цепи останется близкий к синусоидальной форме, так как контур при данной добротности обладает такой полосой пропускания, через которую проходит одна из спектральных частот, образующих сигнал прямоугольной формы.

Если сигнал состоит из одной частоты, то форма сигнала синусоидальная, поэтому напряжение прямоугольной формы вызывает ток не прямоугольной, а синусоидальной формы. Сопротивление контура на резонансной частоте мало, а на частотах, отличных от резонансной – велико, поэтому токи на остальных частотах малы и практически не сказываются на его форме.

Увеличить сопротивление до 5 кОм. При этом добротность контура будет уменьшаться (полоса пропускания расширяться), а частоты, отличные от резонансных, будут проходить с меньшим ослаблением. Кривая тока будет приближаться к форме воздействующего напряжения. Изменяя от 80 Ом до 5 кОм зарисовать изображения при трёх значениях _.

Примечание: При выполнении экспериментов с входными напряжениями, отличными от гармонических, фазометр показывает случайные значения, т.к. фазометр – прибор, показывающий разность начальных фаз только при напряжении гармонической формы.

3.2 Уменьшить частоту до минимальной (в диапазоне 2–20 кГц). Установить исходное значение сопротивление R_M = 80 Ом. Так как на данной частоте контур не настроен в резонанс на частоты спектра прямоугольного напряжения, то не будет частоты, которая выделялась бы контуром. Поэтому спектр сигнала будет отличным от спектра синусоидального сигнала. Изменять частоту начиная от минимальной до частоты 2f₀. Наблюдать и зарисовать формы тока при различных значениях частоты. Убедиться, что форма тока близка к синусоидальной при частотах, близких к резонансной.

Содержание отчета и его форма

1. Рассчитать для контура резонансную частоту f₀, характеристическое сопротивление ρ, добротность Q, относительную полосу пропускания S, абсолютную полосу пропускания П, граничные частоты f₁ и f₂ последовательного контура (рисунок 9), при =100 Ом. Резистивное сопротивление катушки R_L=25 Ом. Результаты расчётов занести в таблице 2. Рассчитать для контура с ёмкостью С_В величины f₀, ρ, Q, П, S и также занести в таблицу 2.

Рисунок 9 – Расчетная схема колебательного контура

2. Построить временные и спектральные характеристики напряжений синусоидальной и прямоугольной формы, наблюдаемые в п.1.

3. По экспериментальным данным пп.2–3 построить частотные характеристики и резонансные кривые:

а) φ = F ( f ) для R = R_M, R = 4R_M; б) I = F ( f ) для R = R_M, R = 4R_M;

в) Uc = F ( f ) для C₁ выбранного согласно варианту и С_В.

4. Построить в масштабе векторные диаграммы RLC-цепи для:

а) f = f₀; б) f = f₁ – нижней граничной частоты;

в) f = f₂ – верхней граничной частоты.

5. По экспериментальным данным определить для всех условий измерений по п.2: добротность Q; полосу пропускания П и сопротивление потерь контура R_К.

6. Рассчитать и построить амплитудные спектры входного напряжения и тока при воздействии на контур периодическим входным напряжением для условий измерения п.3:

1) f = f₀, R_M=80 Oм; 2) f = f₀, R_M=5 кOм; 3) f_min = 2 кГц, R_M=80 Oм.