Изучение резонанса напряжений: Методическое пособие к лабораторной работе № 12, страница 2

Таким образом, колебания напряжения на индуктивности и на конденсаторе при резонансе имеют одинаковые амплитуды. Однако, одно из них (U_C) отстаёт от колебаний тока на π/2 , а другое (U_L) опережает ток на π/2, так что оба колебания имеют разность фаз π . Поэтому их сумма равна нулю и остаются только колебания на активном сопротивлении. Соотношение между тремя колебаниями напряжения U_R, U_C, U_L при резонансе изображено при помощи векторной диаграммы на РИС.3.

Так как добротность обычных колебательных контуров больше единицы, то амплитуды напряжения на индуктивности и на ёмкости больше амплитуды напряжения, приложенного ко всей цепи.

 Резонанс напряжения широко исполь-зуется в радиотехнике и применяется в тех случаях, когда нужно усилить колебания напряжения какой-либо определённой частоты.

В качестве примера на РИС.4 схемати-чески показано устройство входной цепи лампового радиоприёмника. В ней имеются: антенна (А), колебательный контур (LC) с высокой добротностью. Напряжение с кон-денсатора контура подаётся на вход первой лампы усилителя. Приходящие радиосигналы вызывают в антен-не быстропеременный ток, который наводит в катушке L э.д.с. взаимной индукции с некоторой ампли-тудой  ξ_о. Вследствие резонанса на кон-денсаторе, а значит и на входе лампы возникает напряжение с амплитудой ξ_оQ, которая значительно больше амплитуды э.д.с. ξ_о. Это усиление напряжения имеет место только для узкого интервала час-тот вблизи резонансной частоты контура ω_о , что позволяет выделить из многих сигналов различных радиостанций только одно колебание определённой частоты («настроиться» на определённую станцию).

 

Лабораторная работа №12

«ИЗУЧЕНИЕ РЕЗОНАНСА

Н А П Р Я Ж Е Н И Й»

ЦЕЛЬ РАБОТЫ.  С помощью амперметра и вольтметра изучить явление резонанса напряжений в цепи переменного тока.

ПРИЬОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ:  1) источник переменного напряжения В-24;  2) многопредельный амперметр; 3) многопредель-ный вольтметр; 4) катушка индуктивности; 5) набор электрических ёмкостей; 6) набор активных сопротивлений; 7) переключатель вольтметра; 8) набор соединительных проводов.

ПРИМЕЧАНИЕ:

1.  Номиналы магазина электрических ёмкостей заданы с точностью  ±10%.

2.  Номиналы активных сопротивлений заданы с точностью не хуже  ±5%.

3.  Индуктивность катушки известна по результатам лабораторной работы №11.

4.  Изменением положения переключателя вольтметра осуществляется измерение напряжения на различных участках последовательного контура:

(1-3) – входное (полное) напряжение;

(1-2) – напряжение на катушке индуктивности вместе с       активными сопротивлениями;

(2-3) – напряжение на ёмкости.

УПРАЖНЕНИЕ 1. Выполняется при самоподготовке.

1. 

Соберите электрическую схему:

2.  Определите: а)  круговую частоту (ω) промышленного переменного тока; б) индуктивность катушки L и её индуктивное X_L  и активное R_L сопротивление; в) активное сопротивление амперметра.

3.  С помощью формулы (R₁ = R_L + r_A) :

вычислите ёмкость С, соответствующую резонансу  С = С_рез .

4.  Для сравнения рассчитайте по формуле

ёмкость С_о , соответствующую резонансу в идеальном контуре (R₁=0 , α=0).

5.  Разберите измерительную схему.

УПРАЖНЕНИЕ 2. Изучение зависимости тока в контуре от ёмкости контура при постоянном входном напряжении.

1.  Соберите электрическую схему измерительной установки и покажите её преподавателю.

2.  Переменное сопротивление R установите равным нулю, при этом активное сопротивление контура R₁ будет складываться из активных сопротивлений катушки и амперметра R₁=R_L+r_A .

3.  С помощью магазина ёмкостей установите С≈С_рез , рассчитанную в упражнении 1.

4.  Вольтметр подключите на измерение входного напряжения. Включите источник питания и, постепенно увеличивая напряжение, установите ток в цепи порядка 200 мА.

5.  Изменяя ёмкость магазина электрических ёмкостей, добейтесь максимума тока в цепи и после этого постепенно увеличивая напряжение источника окончательно установите резонансный ток в цепи 240-250 мА .

6.  Подключая вольтметр с помощью переключателя вольтметра к разным участкам цепи, измерьте напряжение на входе контура (U_вх), на катушке индуктивности (U_RL) и на ёмкости (U_C), соответствующие резонансу напряжений.

7.  Вольтметр снова установите на измерение входного напряжения и при всех дальнейших измерениях поддерживайте это напряжение неизменным.

8.  Поддерживая напряжение, приложенное к контуру неизменным, снимите экспериментальную зависимость I₁=f₁(C), соответствующую минимальному активному сопротивлению контура.

9.  С помощью добавочного сопротивления R установите активное сопротивление контура R₂≈2R₁ и, действуя аналогично п.8, снимите экспериментальную зависимость I₂=f₂(C).

10.  Установите активное сопротивление контура R₃≈3R₁ и при том же напряжении, поданном на вход контура, снимите зависимость I₃=f₃(C).

11. 

Результаты всех измерений занесите в таблицу:

УПРАЖНЕНИЕ 3. Обработка экспериментальных результатов.

·  На основе экспериментальных данныхна листе миллиметровой бумаги постройте графические зависимости I₁=f₁(C) ,  I₂=f₂(C) ,  I₃=f₃(C) .

·  Рассчитайте коэффициенты затухания  α  и добротность  Q  всех трёх контуров. Оцените погрешности их определения.

·  На основе полученных результатов и их анализа, сделайте выводы, напишите письменный отчёт и защитите его у преподавателя.