Методика и порядок выполнения работы

1 Изучение спектра сигналов синусоидальной и несинусоидальной форм

1.1 Убедиться, что сигнал синусоидальной формы состоит из одной спектральной составляющей, а сигналы, отличные от гармонических, например, прямоугольный – из нескольких спектральных частот. Для этого необходимо проделать следующее:

а) включить на блоке питания тумблеры: «сеть», «генератор», «коммутатор осциллограф», «анализатор спектра»;

б) тумблер «генератор» на блоке Г1 установить в позицию «внутр»;

в) переключатель П_ф на блоке Г2 установить в 3-ю позицию « »;

г) тумблер блока анализатора спектра – в положение «внутр» (верхнее);

д) тумблер «пределы» на блоке Г-3 – в положение «1В», регулятором выходного напряжения установить стрелку вольтметра V-1 на отметку 30 по верхней шкале (входное напряжение равно 0,3 В);

е) на ЭК (регуляторах осциллографа) тумблер «каналы» установить в среднее положение (включены оба канала); тумблер первого канала – в положение «внутр», а тумблеры «ослабление» обоих каналов – в позицию 1:10; регуляторы «усиление» и «расхождение» – в положения, при которых на экране осциллографа оказываются два изображения верхнее – временное (синусоидальная кривая с размахом в 2 клетки) и нижнее – спектральное (одна тонкая вертикальная линия в левой части экрана размером в 3 клетки).

Иметь в виду, что при включенном анализаторе спектра регулятор «развертка» автоматически отключается, количество периодов на экране осциллографа остается постоянным и не может быть изменено какими-либо внешними регуляторами. Получившееся нижнее изображение – это спектр сигнала синусоидальной формы, состоящий из одной спектральной линии

Регулятором напряжения на блоке Г-3 медленно изменять напряжение от 0,3 до 0,5 В, при этом размах синусоидальной кривой напряжения и длина спектральной линии будет изменяться, но новых спектральных линий образовываться не будет. Зарисовать временное и спектральное изображения при выходных напряжениях 0,3 и 0,5 В.

1.2 Переключатель П_ф на блоке Г-2 перевести в позицию « »; регулятор «подстройка П» повернуть до отказа против часовой стрелки, а регулятором напряжения на блоке Г-3 установить выходное напряжение 0,3 В. Убедиться, что временная форма напряжения отлична от гармонической, а спектр состоит из нескольких спектральных линии (следовательно, из нескольких частот) с различными амплитудами.

Медленно изменять входное напряжение от 0,3 до 0,5 В Убедиться, что изменение размаха временного сигнала влечёт изменение размера спектральных линий. Зарисовать, получающиеся изображения при 0,3 и 0,5 В. Установить на вольтметре «V-1» напряжение 0,5В, затем медленно поворачивать регулятор «подстройка П» по часовой стрелке. При этом форма выходного напряжения станет изменяться и, следовательно, будет изменяться спектральный состав сигнала. Зарисовать три характерных изображений.

2 Исследование частотных характеристик колебательного rlс-контура

В данном пункте работы исследуются частотные зависимости тока в контуре, который оценивается по падению напряжения на , и напряжения на емкости (рисунок 8).

2.1 Собрать цепь по схеме рисунка 8. Установить на магазине сопротивления величину =80 Ом. При сборке иметь в виду, что линии, показанные на рисунке пунктирами, собраны внутри стенда постоянно, а сопротивление =25 Ом является резистивным сопротивлением катушки L. Записать в таблицу 1 параметры соответствующих элементов С и L.

Рисунок 8 – Схема исследуемого колебательного контура

2.2 Регуляторы на блоках установить в следующие позиции:

а) на блоке питания включить тумблеры «V2» и «V3-φ»;

б) тумблер «анализатор спектра» перевести в положение «выкл.»;

в) на блоке Г-1 тумблер «генератор» – в положение «внутр.»; переключатель диапазонов – в позицию (2–20) кГц, регулятор частоты повернуть до отказа против часовой стрелки (установить наименьшую частоту диапазона);

г) на блоке ГШ-2 переключатель П_ф – в первое положение с изменением частоты сигнала (f-var « »);

д) на блоке Г-2 тумблер «пределы» – 10 В и плавным регулятором установить выходное напряжение 2 В;

е) на ЭК осциллографа установить:

– тумблеры первого канала в положение «внутр» с ослаблением 1:10;

– регуляторы «вход Х», «развертка» и «усиление» – в такие положения, при которых на экране укладывается один период синусоиды при размахе две клетки;

– тумблер ослабление второго канала в положение 1:10, а регулятор «усиление» повернуть до отказа по часовой стрелке;

– регуляторы «расхождение» на ЭК и « » на блоке ЭЛТ установить в такие положения, при которых синусоида первого канала касается верхней клетки сетки, а синусоида 2-го канала находится в центре экрана.

Так как частота генератора при таком положение регуляторов меньше резонансной частоты контура (f₀), то входное сопротивление контура имеет емкостной характер, на фазометре должен светиться индикатор «С»(+). Занести в таблицу 1 показания приборов V1, V2, V3 и φ. Зарисовать изображение с экрана осциллографа.

Примечание: Измерительный блок «φ – V3» может быть использован для измерения фазы и действующего значения напряжения. При использовании измерительного блока «φ – V3» в качестве вольтметра тумблер «вид работы» перевести в положение «V», а в качестве фазометра – в положение «φ».

2.3 Медленно увеличивать частоту регулятором на блоке Г-1. При этом внешняя частота станет приближаться к резонансной частоте (f₀). Фазный угол уменьшается, а действующее значение тока в цепи и напряжение на конденсаторе – увеличиваются. Найти частоты, при которых фазный угол равен: +70˚, +60˚, +45˚, +30˚, +15˚. Показания приборов занести в таблицу 1.

Зарисовать изображения кривых на экране осциллографа. Обратить внимание, что при частотах, меньших резонансной, характер цепи является емкостным и синусоида тока опережает синусоиду напряжения.

2.4 Увеличивать частоту до тех пор, пока фазометр не покажет значение, близкое к нулю, что является признаком резонанса в цепи. При этом ток в контуре будет иметь наибольшее значение. Определить f₀ , записать показания приборов и зарисовать изображение с экрана осциллографа (кривые напряжения и тока совпадают по фазе).

2.5 Продолжать медленно увеличивать частоту. Так как внешняя частота теперь оказывается больше резонансной, то характер цепи станет индуктивным (на фазометре должен светиться индикатор «L»(–). Фазный угол будет возрастать, а кривая тока уменьшится по амплитуде и будет отставать от кривой напряжения, что соответствует индуктивному характеру цепи. Найти частоты, при которых φ = -15˚, -30˚, -45˚, -60˚, -70˚.

Показания приборов при этих частотах занести в таблицу 1.

2.6 Исследование частотных зависимостей при больших потерях в контуре. Для этого необходимо установить наименьшую частоту диапазона, т.е. плавный регулятор «частота» на блоке Г-1 повернуть до отказа против часовой стрелки. Увеличить сопротивление магазина в 4 раза (R_М=320 Ом). Повторить измерения при этом значении R_M согласно пунктам 2.1…2.5.

2.7 Исследование частотных зависимостей при других параметрах емкости. Регулятором частоты установить наименьшую частоту диапазона на блоке Г-1. Установить на магазине сопротивлений исходное сопротивление R_м=80 Ом, вместо конденсатора С_А, подключать конденсатор С_В. Повторить измерения согласно пунктам 2.1…2.5.