5.2 Экспериментальная часть

Экспериментальный стенд для исследования временных характеристик колебательных контуров состоит из макета, на котором смонтированы два контура, генератора импульсов и электронного осциллографа.

На макете установлены два конденсатора переменной емкости, служащие для настройки собственных частот контуров, две катушки индуктивности, перемещающиеся по одной направляющей, что позволяет изменять связь между ними. Параллельно первичному контуру подключены два последовательно соединенных друг с другом переменных резистора и, образующих шунтирующее сопротивление. Входные клеммы первичного контура подключаются к выходу импульсного генератора, генерирующего импульсы прямоугольной формы с амплитудой порядка 60 В и длительностью около 0,5 микросекунды. Импульсы следуют периодически с частотой повторения примерно 500 Гц. Длительность импульсов значительно меньше всех временных параметров колебательных контуров, а их амплитуда такова, что с высокой точностью их можно считать моделью- функции Дирака. Частота повторения выбрана так, чтобы к моменту прихода на схему очередного импульса все переходные процессы, индуцированные предшествующим импульсом, полностью закончились, и система вернулась в исходное равновесное состояние. Выходной сигнал, пропорциональный импульсной временной характеристике, снимается с клемм первичного контура при исследовании одиночного контура или с клемм вторичного контура при исследовании системы связанных контуров. Он подается на канал вертикального отклонения электронного осциллографа при калиброванной горизонтальной развертке электронного луча. Измерения параметров переходных процессов, имеющих размерность времени, производятся по сетке в сантиметрах вдоль горизонтальной оси с учетом установленного калиброванного масштаба развертки.

а) Порядок выполнения работы.

1. Проверить правильность подключения генератора к макету, соединить с помощью кабеля усилитель вертикального отклонения осциллографа с клеммами вторичного контура, раздвинуть до предела катушки индуктивности контуров расстроить частоты настройки контуров, установив минимальные значения емкостей переменных конденсаторов.

2. Включить тумблеры «сеть» импульсного генератора и осциллографа и после пятиминутного прогрева установить изображение наблюдаемого сигнала так, чтобы он полностью помещался на экране. При этом кнопка переключения режима развертки осциллографа должна находиться в положении «калибр». Устойчивость изображения сигнала достигается путем выбора режима и амплитуды синхронизации развертки.

3. Отключить от схемы шунтирующее сопротивление, повернув ручку сопротивления влево до щелчка фиксатора. Подбором коэффициента усиления канала вертикального отклонения осциллографа установить начальную амплитуду сигнала 2 – 3 см.

4. Изменяя емкости переменных конденсаторов, настроить оба контура на одну и ту же резонансную частоту. Критерием правильности настройки является максимальная величина сигнала и его минимальное затухание. Не следует изменять настройку контуров в течение всего процесса выполнения работы.

5. Приступить к измерению импульсной временной характеристики одиночного контура, для чего перенести штекеры кабеля осциллографа на клеммы первичного контура, выбрать режим развертки и вертикального усиления так, чтобы переходный процесс полностью помещался на экране. Сохранить минимальную связь между катушками контуров.

6. Выполнить измерения периода колебаний , для чего изменить калиброванную развертку так, чтобы на экране помещалось несколько периодов сигнала, и с учетом установленного масштаба по оси времени определить величину. Результат записать.

7. Измерить время затухания сигнала как время, в течение которого амплитуда колебаний уменьшается враз от максимального значения.

8. Измерить значение эквивалентного сопротивления , для чего включить шунтирующее сопротивление и, изменяя его величину, подобрать такое положение ручки градуированного резистора, чтобы время затуханияуменьшилось в 2 раза по сравнению с измеренным в пункте 7 значением, величинузаписать.

9. По масштабной сетке экрана осциллографа измерить (в относительных единицах) амплитуду колебаний в 10 точках осциллограммы с шагом по оси времени, равным периоду колебаний, результаты измерений занести в таблицу (одиночный контур).

10. Приступить к измерению импульсной временной характеристики системы связанных контуров, для чего перенести штекеры кабеля осциллографа на клеммы вторичного контура, установить минимальную связь между катушками контура и подобрать режим развертки луча осциллографа и усиление по вертикали так, чтобы на экране укладывался весь переходный процесс.

11. По масштабной сетке экрана осциллографа измерить (в относительных единицах) амплитуду колебаний в 10 точках осциллограммы с шагом по оси времени, равным одной клетке масштабной сетки (не забыть записать цену деления калиброванной развертки), результаты измерений занести в таблицу (слабая связь).

12. Сближая катушки индуктивности и изменяя при этом режим усиления и развертки сигнала, наблюдать изменения формы переходного процесса.

13. Установить максимальную связь между контурами, сблизив катушки до соприкосновения их каркасов, изменить режим развертки так, чтобы на экране наблюдалось 1-2 периода биений и измерить период биений .

14. По масштабной сетке экрана осциллографа измерить (в относительных единицах) амплитуду колебаний в 10 точках осциллограммы с шагом по оси времени, равным периоду колебаний, результаты измерений занести в таблицу (сильная связь). Следует помнить, что в течение двух смежных полупериодов биений отсчеты амплитуды следует брать с разными знаками.

б) Обработка результатов измерений.

1. По результатам измерений одиночного контура вычислить параметры одиночного контура.

2. С помощью компьютерной программы (под руководством преподавателя) выполнить расчет частотных характеристик одиночного контура и системы связанных контуров при слабой и сильной связи по данным измерений характеристик и сделать распечатки графиков этих характеристик.

3. По графикам частотных характеристик определить добротность одиночного контура и системы связанных контуров при слабой связи, сравнить полученные значения между собой и с величиной добротности , полученной в пункте 1.

4. По графику частотной характеристики системы связанных контуров при сильной связи найти частоту и период биений и сравнить со значением , полученным непосредственно при измерении.