Материал: методичка по лабам Рцис

через согласующий каскад с низким выходным сопротивлением. На парал-

лельный контур сигнал подается через большое сопротивление Rг , что реа-

лизует 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 предусмотрен переключатель вида контура (последователь-

ный – параллельный) и два активных сопротивления нагрузки. Одно ( rн)

предназначено для включения в последовательный контур. Второе (перемен-

ный резистор Rн ) может подключаться как к полному контуру, так и к его части с коэффициентом включения pL = 0,7 (отвод от индуктивности) или с коэффициентом включения pC = 0,5 (частичное включение в емкостную ветвь). Выходное напряжение снимается с емкостной ветви контура.

4.3. Задание и указания к выполнению 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 осциллограф (или вольтметр переменного тока).

Исследование импульсных характеристик колебательных контуров.

1. Установить генератор прямоугольных импульсов в положение внутреннего запуска, нажав клавишу «Запуск». Длительность импульса возбуж-

дения цепи t = 0,1…0,3 мкс, частота повторения импульсов 3×105 Гц, ампли-

туда 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 Rн при этом должен быть отключен. По-

46

добрать коэффициент отклонения K0, В/дел, в канале «Y» и коэффициент развертки Kр, мкс/дел, в канале «X» так, чтобы осциллограмма импульсной реакции занимала бы большую часть экрана.

4. Измерить параметры импульсной реакции (постоянную времени кон-

тура τк и длительность квазипериода колебаний T). Постоянную времени τк

определить в виде интервала времени, в течение которого огибающая импульсной реакции уменьшится в е = 2,72… раз. Для этого:

а) найти сечение огибающей h(t) по уровню 1/е от максимума и подсчи-

тать количество делений экрана, укладывающееся между максимумом и найденным сечением; умножив его на коэффициент развертки Kр, получить значение τк ;

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 fр = 1/Т.

5. Включить добавочный резистор r. При этом добротность контура сни-

зится и постоянная времени импульсной реакции уменьшится. Измерить τк

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 τк. 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.Если используется вольтметр, то к выходу макета подключить вольтметр, установить шкалу вольтметра 1 В. В отсутствие вольтметра используйте шкалу экрана осциллографа.

47

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 fp;

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 f0,707, 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 ча-

стот контуров, по формуле Q = πfрτк рассчитать собственную и нагружен-

ную добротности параллельного и последовательного контуров. Используя результаты измерений полос пропускания и резонансных частот контуров, по формуле Q = fр рассчитать эквивалентные добротности контуров.

Сопоставить результаты расчетов.

2. По полученным данным рассчитать сопротивления нагрузки, подключенные к контуру. Для последовательного контура определить дополнительное сопротивление rн, полагая что в первом варианте (с закороченным rн)

найдена собственная добротность Q0, а во втором – нагруженная доброт-

ность контура Qн.

3. Используя вытекающее из (4.4) соотношение

rн = ρ( 1Qн − 1Q0 ) = 2πfрL( 1Qн − 1Q0 )

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

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.

48

Содержание отчета

Отчет по работе должен содержать:

•схемы исследуемых цепей;

•таблицы с данными измерений постоянных времени, резонансных частот и полос пропускания контуров;

•результаты расчетов и графики импульсной и амплитудно-частотной характеристик для одного из контуров.

Контрольные вопросы

1. Каким образом связаны друг с другом постоянная времени контура

τк и добротность Q?

2.Чем отличаются нагруженная и собственная добротности контура?

3.Как изменятся резонансная и импульсная характеристики параллельного колебательного контура при уменьшении индуктивности в 4 раза? Эквивалентное сопротивление потерь считать неизменным.

4.Добротность (определение). Способы оценки добротности контура (2 способа).

5.Как определить добротность контура по графику его импульсной характеристики?

6.Сопротивление нагрузки параллельного контура увеличили в 4 раза. Как изменилась добротность контура?

7.При снятии импульсной характеристики h(t) в лабораторном макете в

качестве δ-функции используют видеоимпульсы длительностью 0,1…0,2 мкс; оценить точность экспериментального определения h(t) в лабораторной работе со спектральной и временной точек зрения.

8.Каким образом можно измерять коэффициенты включения контура?

9.Каким образом подключаемые к контуру сопротивления влияют на импульсную и частотную характеристики?

10.Используя данные эксперимента, оценить разность «собственной»

резонансной частоты ω0 колебательного контура и резонансной частоты ωр.

11.Сравнить импульсные характеристики, АЧХ, ФЧХ и значение добротности для параллельных контуров с параметрами (R, L, C) и (R/2, C/2, 2L).

12.Дать определение коэффициентов включения контуров. Для чего используют частичное включение контуров?

13.Как определить добротность по параметрам амплитудночастотной характеристики колебательного контура (4.7), (4.11)?

49

5. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОХОЖДЕНИЯ

АМПЛИТУДНО-МОДУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ ЧЕРЕЗ

ИЗБИРАТЕЛЬНЫЕ ЦЕПИ

Цель работы – изучение частотных характеристик одиночного колебательного контура и системы из двух связанных колебательных контуров; изучение преобразований амплитудно-модулированных колебаний при прохождении через данные избирательные цепи.

5.1. Теоретические сведения

Частотные характеристики радиотехнических систем являются важнейшими характеристиками, которые выдерживаются в процессе проектирования и поддерживаются при их эксплуатации. Рациональное распределение единого для всех радиосистем частотного диапазона проводится с учетом реализуемости фильтрующих цепей в приемных устройствах, что позволяет одновременно работать множеству радиотехнических систем. Использование в приемных устройствах фильтров с АЧХ, близкой к идеальной (П-образ- ной), позволяет максимально повысить число одновременно работающих радиосистем. Так, при построении узкополосных приемников, у которых полоса пропускания много меньше несущей частоты, в качестве преселектора (фильтрующих входных цепей) широкое применение нашли фильтры на основе двух, трех и более связанных контуров или на основе коаксиальных резонаторов, эквивалентная схема которых в области рабочих частот совпадает со схемой связанных контуров. Применение большего количества контуров, работающих в связке, позволяет добиться лучшего коэффициента прямоугольности АЧХ фильтра.

Неравномерность АЧХ и отклонение от линейного закона ФЧХ фильтрующих цепей в полосе пропускания приводит к искажению спектра сигнала и, соответственно, формы самого сигнала при его прохождении через цепь. В частности, в работе будут рассмотрены примеры различных искажений АМК при прохождении его через избирательную цепь.

Рассмотрим схему параллельного колебательного контура (рис. 5.1). Комплексный коэффициент передачи цепи записывается следующим

образом: