Исследование характеристиквходных цепей
Цели работы:
1. Исследовать характеристики входной цепи при её емкостной связи с антенной и непосредственной связи с нагрузкой следующего каскада.
2. Приобретение практических навыков работы с интерактивным эмулятором радиосхем Multisim.
Порядок выполнения работы.
Для проведения исследования необходимо собрать схему, представленную на рисунке 1.
Рисунок 1 – Схема измерений
На рисунке 1 представлена входная цепь (ВЦ) радиоприёмного устройства в виде параллельного контура из элементов L1 и С1. Антенну заменяет её эквивалент – генератор сигналов (функциональный генератор XFG1) и резистор Rа, равный 75 Ом, имитирующий сопротивление антенны. Связь эквивалента антенны с входной цепью осуществляется с помощью конденсатора связи Ссв. Нагрузку следующего за входной цепью каскада имитирует резистор Rн.
Задание 1. Определение резонансной частоты ВЦ
Определим резонансную частоту по формуле:
| (1) |
Данный расчет является не совсем корректным, поскольку на контур оказывает влияние ёмкость антенны и ёмкость конденсатора связи. Эти емкости раздельно не показаны на иллюстрации. Но примем, что обе емкости объединены в 
. Исследуем влияние на резонансную частоту ВЦ.
На генераторе установим частоту синусоидального колебания равную рассчитанной. Амплитуду сигнала на генераторе установим 
. В ходе моделирования на нагрузке появился сигнал с амплитудой 2,233 В.
При резонансе, амплитуда сигнала на нагрузке будет максимальна. Изменяя исходную частоту сигнала, определим резонансную частоту схемы. Таким образом в ходе эксперимента, частота резонанса равна:
Разница составляет 
. В эквивалентной схеме рассматриваемой ВЦ, емкость будет включена параллельно 
. При таком соединении емкость контура будет равна сумме емкостей 
:
Рассчитаем заново частоту резонанса:
| (2) |
Разница между расчётной и экспериментально найденной частотой резонанса составляет 
Задание 2. Провести измерения и построить резонансную характеристику ВЦ при Rн = 1 кОм. Определить полосу пропускания (∆F) и резонансный коэффициент передачи (К0) ВЦ.
Для построения резонансной характеристики необходимо зафиксировать в таблице 1 значения частот генератора, при которых напряжение на нагрузке (Uн) будет равно U0 (максимальное, т.е. резонансное напряжение), а также 
, 
, 
. Затем рассчитать значение расстройки по формуле
| (3) |
Таблица 1 – Измерения данных
| U н,В | 0,1 U 0 | 0,5 U 0 | 0,7 U 0 | U 0 | 0,7 U 0 | 0,5 U 0 | 0,1 U 0 |
| U н, В | 0,5588 | 2,785 | 3,912 | 5,588 | 3,912 | 2,785 | 0,5588 |
| f, кГц | 881,19 | 905,97 | 908,22 | 911,47 | 914,73 | 917,06 | 945.09 |
| ∆ f, кГц | 30,28 | 5,5 | 3,25 | 3,26 | 5,59 | 33,9 |
По табличным данным построим резонансную характеристику (рисунок 2)
Рисунок 2 – Резонансная характеристика колебательного контура
Определим полосу пропускания используя табличные данные на уровне 
по формуле:
| (4) |
Находим резонансный коэффициент передачи используя табличные данные по формуле:
| (5) |
где U 0 – напряжение на нагрузке (выходе ВЦ) при резонансе,
U г – напряжение на выходе генератора.
Задание 3. Рассчить добротность 
ВЦ.
Для расчёта добротности воспользуемся формулой:
| (6) |
Получив значение 
, рассчитаем резонансный коэффициент передачи ВЦ по формуле:
| (7) |
где – добротность контура ВЦ,
– вносимая в контур ВЦ ёмкость со стороны антенны и конденсатора связи ВЦ с антенной (мы примем для нашего случая 
),
– ёмкость контура ВЦ,
– коэффициент связи ВЦ со следующим каскадом (или усилительным элементом). Для данной схемы 
.
Резонансный коэффициент передачи рассчитанный и определенный экспериментально отличаются на 
, это обусловлено неточностью измерений.
Задание 4. Измерить селективность (
) ВЦ по соседнему каналу.
Избирательность входных цепей обычно характеризуется числом показывающим, во сколько раз уменьшается коэффициент передачи напряжения по сравнению с резонансным при данной расстройке.
Для измерения селективности (избирательности) по соседнему каналу необходимо провести измерения напряжения 
при расстройке 
относительно резонансной частоты.
Значение селективности рассчитываем по формуле:
| (8) |
Таблица 2 – Рассчёт селективности
| 
| 
|
| 
| 
|
| 
| 
|
Задание 5. Проведем исследование изменения добротности 
селективности 
и резонансного коэффициента передачи 
в диапазоне частот. Сначала в схеме изменим значение конденсатора 
нФ. Проведем измерения и расчёты, аналогичные выполненным в заданиях 
Рассчитываем емкость контура с учетом конденсатора связи:
| (8) |
Рассчитаем частоту резонанса по формуле (2):
|
Построим резонансную характеристику ВЦ. Определим полосу пропускания (∆𝐹) и резонансный коэффициент передачи (
) ВЦ. Для этого повторим измерения, проведенные в задании 2. Результаты представлены в таблице 3.
Таблица 3 – Измерения данных
| U н, В | 0,1 U 0 | 0,5 U 0 | 0,7 U 0 | U 0 | 0,7 U 0 | 0,5 U 0 | 0,1 U 0 |
| U н, | 0,666 | 3,342 | 4,679 | 6,684 | 4,679 | 3,331 | 0,666 |
| f, кГц | 1270,38 | 1275,48 | 1290,6 | 1295,58 | |||
| ∆ f, кГц | 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
|
По табличным данным построим резонансную характеристику (рисунок 3):
Рисунок 3 Резонансная характеристика колебательного контура
Определим полосу пропускания на уровне по формуле (4):
Находим резонансный коэффициент передачи по формуле (5):
Рассчитаем добротность по формуле по формуле (6):
Получив значение , рассчитаем резонансный коэффициент передачи ВЦ по формуле:
| (8) |
Рассчитаем селективность пользуясь таблицей 4:
Таблица 4 – Рассчёт селективности
| Uн, В | 
| 
|
| Uн, В | 
| 
|
| Se, дБ | 
| 
|
Затем в схеме изменим значение конденсатора 
. Проведем измерения и расчёты, аналогичные выполненным в заданиях 1 – 4.
Рассчитываем емкость контура с учетом конденсатора связи по формуле (8):
Рассчитаем частоту резонанса по формуле (2):
Построим резонансную характеристику ВЦ. Определим полосу пропускания (∆𝐹) и резонансный коэффициент передачи () ВЦ. Для этого повторим измерения, проведенные в задании 2. Результаты представлены в таблице 5.
Таблица 5 – Измерения данных
| U н, В | 0,1 U 0 | 0,5 U 0 | 0,7 U 0 | U 0 | 0,7 U 0 | 0,5 U 0 | 0,1 U 0 |
| U н, | 0,728 | 3,642 | 5,098 | 7,283 | 5,098 | 3,642 | 0,728 |
| f, кГц | 1959,8 | 2047,6 | |||||
| ∆ f, кГц | 
| 
| 
|
| 
| 
| 
|
По табличным данным построим резонансную характеристику (рисунок 4):
Рисунок 4 - Резонансная характеристика колебательного контура
Определим полосу пропускания на уровне по формуле (4):
Находим резонансный коэффициент передачи по формуле (5):
Рассчитаем добротность по формуле по формуле (6):
Получив значение , рассчитаем резонансный коэффициент передачи ВЦ по формуле по формуле (8):
Рассчитаем селективность. Результаты представлены в таблице 6:
Таблица 6 – Рассчёт селективности
| Uн, В | 
| 
|
| Uн, В | 
| 
|
| Se, дБ | 
| 
|
Построим графики зависимости добротности от резонансной частоты (рисунок 5) и селективности от частоты (рисунок 6) при параметрах ВЦ, рассмотренной ранее.
Рисунок 5 – Зависимость добротности от резонансной частоты
Рисунок 6 – Зависимость cелективности от резонансной частоты
По графикам делаем вывод, что добротность контура падает с ростом его резонансной частоты. Аналогично и селективность по соседнему каналу.
Задание 6. Провести исследование изменения добротности 
) и селективности () при изменении сопротивления нагрузки следующего за входной цепью каскада, имитируемой резистором 
, установив 
. Провести измерения и расчёты, аналогичные выполненным в заданиях 
.
Построим резонансную характеристику ВЦ. Определим полосу пропускания (∆𝐹) и резонансный коэффициент передачи () ВЦ. Для этого повторим измерения, проведенные в задании 2. Результаты представлены в таблице 7.
Таблица 7 – Измерения данных
| U н, В | 0,1 U 0 | 0,5 U 0 | 0,7 U 0 | U 0 | 0,7 U 0 | 0,5 U 0 | 0,1 U 0 |
| U н, | 2,132 | 10,659 | 14,923 | 21,318 | 14,923 | 10,659 | 2,132 |
| f, кГц | 903,21 | 910,01 | 910,6 | 911,47 | 912,31 | 912,91 | 919,92 |
| ∆ f, кГц | 8.26 | 1,46 | 0,87 | 0,84 | 1,44 | 8,45 |
По табличным данным построим резонансную характеристику (рисунок 7):
Рисунок 7 – Резонансная характеристика колебательного контура при 
Определим полосу пропускания на уровне по формуле (4):
Находим резонансный коэффициент передачи по формуле (5):
Рассчитаем добротность по формуле по формуле (6):
Получив значение , рассчитаем резонансный коэффициент передачи ВЦ по формуле (8):
Рассчитаем селективность. Результаты представлены в таблице 8:
Таблица 8 – Рассчёт селективности
| Uн, В |
|
|
|
| 
| 
|
| 
| 
|
Затем установим 
, провести аналогичные измерения и расчёты.
Построим резонансную характеристику ВЦ. Определим полосу пропускания (∆𝐹) и резонансный коэффициент передачи () ВЦ. Для этого повторим измерения, проведенные в задании 2. Результаты представлены в таблице 8.
Таблица 9 – Измерения данных
| U н, В | 0,1 U 0 | 0,5 U 0 | 0,7 U 0 | U 0 | 0,7 U 0 | 0,5 U 0 | 0,1 U 0 |
| U н, | 2,981 | 14,906 | 20,868 | 29,811 | 20,868 | 14,906 | 2,981 |
| f, кГц | 905,51 | 910,41 | 910,85 | 911,47 | 912,06 | 912,51 | 917,48 |
| ∆ f, кГц | 5.96 | 1.06 | 0,62 | 0.59 | 1.04 | 7,01 |
По табличным данным построим резонансную характеристику (рисунок 8):
Рисунок 8 – Резонансная характеристика колебательного контура при 
Определим полосу пропускания на уровне по формуле (4):
Находим резонансный коэффициент передачи по формуле (5):
Рассчитаем добротность по формуле (6):
Получив значение , рассчитаем резонансный коэффициент передачи ВЦ по формуле (8):
Рассчитаем селективность. Результаты представлены в таблице 10:
Таблица 10 – Рассчёт селективности
| Uн, В |
|
|
|
| 
| 
|
|
| 
| 
|
Построим графики 
Рисунок 9 – Зависимость 
)
Рисунок 10 – Зависимость 
)
Вывод:
В ходе лабораторной работы была определена резонансная частота контура. Выявлено, что резонансная частота увеличивается при уменьшении емкости конденсатора. А при увеличении резонансной частоты можем заметить снижение добротности контура. При увеличении сопротивления нагрузки увеличивается добротность и селективность ВЦ.