Оборудование и аппаратура

Вольтметр переменного тока 0-30 В; амперметр переменного тока 0 – 1 А, генератор синусоидальных колебаний, осциллограф, катушка индуктивности, конденсатор, набор резисторов и комплект соединительных проводов.

Порядок выполнения работы

1. Для имеющихся конденсатора и катушки индуктивности рассчитать частоту среза ω0 и величину характеристического сопротивления ρ.

1. Собрать схему ФНЧ, нагруженного на характеристическое сопротивление, приведенную на Рис.14.

Рис.14 – Схема электрических измерений ФНЧ.

2. Подключить генератор синусоидальных колебаний ко входу фильтра, установить и поддерживать в течении всех измерений амплитуду выходного напряжения генератора постоянной, например 1В.

3. Подключить осциллограф параллельно характеристическому сопротивлению и по экрану измерить амплитуду выходного напряжения, изменяя частоту генератора от минимуму до максимума, фиксировать амплитуду выходного напряжения, данные занести в табл.6.

Табл.6

Частота генератора - F, Гц	F1	F1 + ΔF	F1 + 2ΔF	…	F1 + iΔF	…	F1 + (n-1) ΔF	F1 + nΔF
Входное напр. - U,В
Выходн. напр. – U,В
Относит. кофф.перед.- Ко

4. По данным табл.6 рассчитать величину относительного коэффициента передачи ФНЧ, построить график зависимости К0 (ω), определить по графику полосу пропускания ФНЧ.

5. Поменять местами конденсатор и катушку индуктивности, тем самым перейти от ФНЧ к ФВЧ и повторить п.п. 2-5.

6. Сделать выводы.

4.2 Исследование резонансного контура

Пояснения. В практике электротехники часто используется явление резонанса в колебательном контуре, состоящем из емкости конденсатора и индуктивности катушки. В электронных устройствах резонанс возникает на определённой частоте, когда индуктивная и емкостная составляющие реакции системы уравновешены, что позволяет энергии циркулировать между магнитным полем индуктивного элемента и электрическим полем конденсатора.

Механизм резонанса заключается в том, что магнитное поле индуктивности генерирует электрический ток, заряжающий конденсатор, а разрядка конденсатора создаёт магнитное поле в индуктивности — процесс, который повторяется многократно, по аналогии с механическим маятником.

Электрическое устройство, состоящее из ёмкости и индуктивности, называется колебательным контуром. Элементы колебательного контура могут быть включены как последовательно, так и параллельно. При достижении резонанса, импеданс последовательно соединённых индуктивности и ёмкости минимален, а при параллельном включении — максимален.

Частота, на которой происходит резонанс, определяется величинами используемых элементов. В то же время, резонанс может быть и вреден, если он возникает в неожиданном месте по причине повреждения, недостаточно качественного проектирования или производства электронного устройства. Такой резонанс может вызывать паразитный шум, искажения сигнала, и даже повреждение компонентов.

Приняв, что в момент резонанса индуктивная и ёмкостная составляющие импеданса равны, резонансную частоту можно найти из выражения ωL = 1/ωC, где ω = 2πf; f — резонансная частота в герцах; L — индуктивность в генри; C — ёмкость в фарадах. Формула для определения резонансной частоты как последовательного так и параллельного контуров называется формулой Томсона и имеет вид

ω₀ = 1 / √ LС.

Важно, что в реальных системах понятие резонансной частоты неразрывно связано с полосой пропускания, то есть диапазоном частот, в котором реакция системы мало отличается от реакции на резонансной частоте.

Рис.15 – Типовая резонансная кривая колебательного контура.

Ширина полосы пропускания 2Δω определяется добротностью колебательного контура., чем добротность выше, тем полоса уже (величина 2Δω меньше ) и тем круче склоны резонанасной кривой. Теоретически резонансная кривая должна иметь «П- образную» форму. На практике резонансная кривая обычно имеет колоколообразную форму, представленную на Рис. 15. Полоса пропускания 2Δω определяется, как и для фильтров на уровне 0,707.