Дослідженя роботи послідовного контуру в MicroCap

Дослідження резонансних характеристик коливальних контурів

Методичні вказівки до лабораторної роботи № 4 з курсу

“Поля і хвилі в системах ТЗІ” для студентів базового напряму 6.170102 «Системи технічного захисту інформації»

Затверджено

на засіданні кафедри

“Захист інформації” протокол № від __.__.2013 р.

Львів – 2013

Дослідження резонансних характеристик коливальних контурів: Методичні вказівки до лабораторної роботи з курсу “Поля і хвилі в системах ТЗІ” для студентів базового напряму 6.170102 «Системи технічного захисту інформації»

/ Укл. Ю.М. Костів, В.М. Іванюк, А.І. Партика, Л.М. Ракобовчук. - Львів: НУЛП, 2013. - 15 с.

Укладачі: Костів Ю.М., асистент

Іванюк В.М., асистент

Партика А.І., канд. техн. наук, асистент

Ракобовчук Л.М., канд. техн. наук, доц.

Відповідальний за випуск:
Дудикевич В.Б., проф., д.т.н, зав.каф. Захисту інформації

Рецензент:

Максимович В.М., доктор техн. наук, проф.

Мета роботи - ознайомитись з роботою коливальних контурів, їх властивостями, здійснення за допомогою них безпосереднього зв’язку передавач-приймач.

Теоретичні відомості.

На рис.1а показаний лабораторний генератор Г (сигнал-генератор), за допомогою якого можна подавати високочастотні коливання різної частоти певної амплітуди, наприклад 1 мВ. Ці коливання подаються на коливальний контур LC за допомогою індуктивного зв'язку між котушками L1 і L2. До контуру підключаються прилади для вимірювання контурного струму і напруги на конденсаторі.

Частота власних коливань контуру f_р вираховується з виразу:

. (1)

Якщо від генератора подавати електричні коливання різної частоти (але завжди напругою 1 мВ), помітимо, що на певній частоті (на рис. 1б,в - 500 кГц) контурний струм і напруга на конденсаторі сильно наростають, а на частотах вищих і нижчих від цієї частоти швидко зменшуються. На рис.1б,в це явище зображено графічно, а криві називаються частотними характеристиками коливального контуру.

Рис. 1. Схема дослідження електричного резонансу (а); залежність контурного струму від частоти (б); залежність напруги на конденсаторі від частоти (в).

Описане явище пояснюється наступним чином. За допомогою індуктивного зв'язку в котушці L індукується змінна е.р.с., що має частоту генератора. У результаті в контурі виникають так звані вимушені незатухаючі електричні коливання (контурний струм) з частотою генератора. У принципі ці коливання мають малу амплітуду, тобто змінна напруга на конденсаторі набагато менша від напруги генератора.

Коли частота генератора стає рівною до власної частоти коливального контуру, наступає явище резонансу. Воно характеризується тим, що контурний струм значний, і напруга на конденсаторі стає у багато разів більшою (приблизно в 120 - 150 разів) від напруги генератора. Отже, коливальний контур володіє так званою частотною вибірковістю і під час резонансу в багато разів збільшує напругу поданих на нього коливань. Чим більша добротність контуру, тим більше виражені ці властивості (рис. 2).

Рис. 2. Резонансні криві при різній добротності.

Потрібно зазначити, що добротність контуру залежить передусім від добротності котушки індуктивності, точніше від її опору втрат R_вт. Тому іноді реальні коливальні контури зображуються разом з опором втрат котушки індуктивності (рис. 3).

Рис. 3. Схематичне зображення коливального контуру:

а) ідеальний коливальний контур має тільки ємність і індуктивність;

б) реальний коливальний контур має ємність, індуктивність і опір втрат.

Чим менший R_вт, тим вища добротність контуру. Хороші коливальні контури мають добротність від 50 до 150.

В електричних схемах коливальний контур пов'язаний (безпосередньо, індуктивно - ємнісним зв'язком) з джерелом електричних коливань. Цим джерелом може бути антена, підсилювальний каскад і т.п., які в загальному випадку є генератором з певним внутрішнім опором, частотою і амплітудою. В залежності від того, як зв’язаний генератор з котушкою індуктивності і конденсатором, розрізнюють послідовний і паралельний коливальний контур.

У послідовному коливальному контурі генератор зв’язаний послідовно з котушкою і конденсатором. Наприклад, при індуктивному зв'язку коливальний контур послідовний, тому що в котушці (рис. 4) індукується е.р.с., що рівнозначно послідовному включенню генератора з L і С.

Рис 4. Схема послідовного коливального контуру (індуктивний зв’язок).

Під час резонансу послідовний контур характеризується наступними особливостями:

1. Опір контуру мінімальний і рівний R_вт.

2. Напруга на конденсаторі (або котушці) в Q раз більша від напруги генератора (Q - добротність контуру).

3. Струм, що протікає через контур максимальний і дорівнює:

. (2)

На рис. 5 зображений послідовний коливальний контур і його частотні характеристики при умові, що внутрішній опір генератора малий.

Рис. 5. Властивості послідовного контуру.

У випадку з паралельним коливальним контуром (рис. 6) генератор зв’язаний з котушкою індуктивності і конденсатором паралельно.

Рис. 6. Схематичне зображення паралельного коливального контуру і його частотні характеристи­ки (при умові, що внут­рішній опір генератора великий).

При резонансі паралельний коливальний контур характеризується наступними особливостями:

1. Опір контуру великий і рівний . Цей опір іноді називається резонансним опором паралельного коливального контуру і позначається R_о.

2. Оскільки опір контуру великий, струм у зовнішньому колі порівняно малий і рівний .Контурний струм порівняно великий (в Q раз більший від струму у зовнішньому колі).

На рис. 7 показаний безпосередній зв'язок антени з коливальним контуром. Тут конденсатор змінний і, змінюючи його ємність, можна змінювати частоту власних коливань контуру, тобто настроювати його на частоту потрібної радіостанції. При резонансі контурний струм, викликаний потрібною радіостанцією стає відносно великим, а опір контуру також великий. У результаті на обох кінцях контуру, утвориться значне падіння напруги тільки від сигналу потрібної радіостанції, а для сигналів інших станцій контур представляє малий опір. Таким чином, між точками а - б (рис. 7) виникає досить значна напруга тільки від сигналу потрібної станції.

Рис. 7. Схе­ма вхідного пристрою приймача з паралельним коливальним контуром.

На рис. 8 показаний індуктивний зв'язок антени з контуром (послідовний зв'язок). За допомогою змінного конденсатора можна настроювати контур в резонанс з потрібною радіостанцією.

Рис. 8. Схематичне зображення вхідного пристрою приймача з індуктивним зв’язком.

У цьому випадку контурний струм, викликаний цією радіостанцією, стає відносно великим, в той час як контурні струми, викликані іншими станціями, дуже малі. Великий контурний струм утворює значну напругу на конденсаторі, яка від точок а - б подається до наступних каскадів радіоприймача.

Дослідженя роботи послідовного контуру в MicroCap.

Системне меню (File, Edit, Component, Windows, Options, Analysis, HeIp)

1. Завантаження схеми. В системному меню (рис.9) курсором вибирається режим FiIe. Ко­манда New... дає можливість зробити вибір (рис. 10):

Рис. 10. Зберігання нової схеми, текстового файлу або бібліотеки моделей

Schematic — створення нової схеми, яка заноситься в файл з розширенням *.CIR;

SpiceText — створення нового текстового файла p описом схеми або бібліо­теки математичних моделей компонентів в форматі SPICE (розширення *.CKT);

Library — створення нового бінарного файла бібліотек (розсширення імені.LBR). B цьому файлі знаходяться моделі біполярних транзисторів (BJT), польових транзисторів (JFET), МОП-транзисторів (MOSFET)₁ арсенід-галлійових польових транзисторів (GaAsFET), діодів (Diode), джерел синусоїдальних сигналів (Sinusoidal), джеоел імпульсних сигналів (Pulse), операційних прискорювачі (Ораmр), ліній передач (TRN)₁ магнітних сердечників (Соге), конденсаторів (Capacitor), індуктивностей (lnductor), резисторів (Resistor), ключів, керованих напругою (S) і струмом (W).

Поиск по сайту: