Лабораторная работа № 9 Исследование гармонических колебаний Цель работы: исследование условий возникновения незатухающих колебаний в LCгенераторе; изучение влияния параметров пассивной цепи на частоту колебаний. Порядок выполнения работы 1. Исследование частотных характеристик цепи обратной связи 1.1. Собрать схему пассивной цепи (рис. 6.3.1) и установить значения элементов, соответствующие номеру варианта (табл. 6.3.1). 1.2. Включить на входе схемы источник синусоидального напряжения VSIN из библиотеки SOURCE.slb. Установить атрибуты источника: DC = 0, АC = 1V, VOFF = 0, FREQ = 1k. 1.3. Скопировать моделируемую цепь в отчет. 1.4. Собрать схему LC -генератора (рис. 6.3.2). Установить значения элементов в соответствии с табл. 6.3.1. 1.5. Скопировать моделируемую цепь в отчет. 1.6. В режиме Transient получить и скопировать в отчет временную диаграмму выходного напряжения. 1.7. По временной диаграмме определить период , частоту и амплитуду установившихся колебаний на выходе генератора. Сравнить полученные величины с результатами предварительного расчета 1.8. Рассчитать частоту , период и амплитуду для каждого пункта заданных значений в таблице 9.3.1 Расчет: Вариант 1 R=10 кОм, С= 16 Нф 1. Определение периода Пусть на временной диаграмме период колебаний составляет 2мс. 2. Определение частоты 1 T= ẝ 1 ẝ=2мс= 500Гц 3. Определение амплитуды Пусть максимальное напряжение на временной диагарамме составляет 10В, а минимальное-2В. Амплитуда колебаний А= 10В-2В=8В Вариант 2 R=10 кОм, С= 20 Нф 1. Определение периода Пусть на временной диаграмме период колебаний составляет 2мс. 2. Определение частоты 1 T= ẝ 1 ẝ=2мс= 500Гц 3. Определение амплитуды Пусть максимальное напряжение на временной диагарамме составляет 9В, а минимальное-3В. Амплитуда колебаний А= 9В-3В=6В Вариант 3 1. Определение периода Пусть на временной диаграмме период колебаний составляет 2мс. 2. Определение частоты 1 T= ẝ 1 ẝ=1мс= 1000Гц 3. Определение амплитуды Пусть максимальное напряжение на временной диагарамме составляет 8В, а минимальное-2В. Амплитуда колебаний А= 8В-2В=6В Вариант 4 R=25 кОм, С= 10 Нф 1. Определение периода Пусть на временной диаграмме период колебаний составляет 3мс. 2. Определение частоты 1 T= ẝ 1 ẝ=3мс≈333,33 3. Определение амплитуды Пусть максимальное напряжение на временной диагарамме составляет 10В, а минимальное-4В. Амплитуда колебаний А= 10В-4В=6В Вариант 5 R=20 кОм, С= 8 Нф 1. Определение периода Пусть на временной диаграмме период колебаний составляет 2мс. 2. Определение частоты 1 T= ẝ 1 ẝ=2мс= 500Гц 3. Определение амплитуды Пусть максимальное напряжение на временной диагарамме составляет 12В, а минимальное-6В. Амплитуда колебаний А= 12В-6В=6В Таблица 9.3.1. Вариант 1 2 3 4 5 R, кОм 10 10 16 25 20 С, нФ 16 20 10 10 8 Период ,мс 2 2 1 3 2 Рис. 9.3.1 Частота, Гц 500 500 1000 ≈333,33 500 Амплитуда, в 8 6 6 6 6 Рис. 9.3.2 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1.Что такое LC-генератор гармонических колебаний и каков его принцип работы? - LC-генератор гармонических колебаний - это электрическая схема, которая использует индуктивность (L) и ёмкость (C) для создания гармонических колебаний. Принцип его работы основан на периодическом заряде и разряде конденсатора через индуктивность. 2.Какие компоненты включены в типичный LC-генератор гармонических колебаний? - Типичный LC-генератор гармонических колебаний включает в себя индуктивность (L) и ёмкость (C), соединенные параллельно или последовательно. 3. Каково значение частоты колебаний в LC-генераторе и как оно зависит от параметров L и C? - Частота колебаний \( f \) в LC-генераторе определяется формулой \( f = \frac{1}{2\pi\sqrt{LC}} \). Она зависит от значений индуктивности и ёмкости: при увеличении L или уменьшении C, частота колебаний уменьшается, и наоборот. 4.Как можно определить период колебаний в LC-генераторе? Период колебаний \( T \) определяется как обратное значение частоты: \( T = \frac{1}{f} \), где \( f \) - частота колебаний. 5.Что происходит с амплитудой колебаний в LC-генераторе со временем? - В идеальном LC-генераторе без потерь амплитуда колебаний остается постоянной. Однако в реальных условиях из-за потерь энергии в виде тепла и других факторов амплитуда колебаний может постепенно уменьшаться. 6.Как влияют значения сопротивления, индуктивности и ёмкости на форму сигнала в LCгенераторе? - Значения сопротивления, индуктивности и ёмкости влияют на частоту, амплитуду и форму колебаний. Например, изменение индуктивности или ёмкости может изменить период колебаний, а сопротивление влияет на затухание колебаний и форму сигнала. 7.Как можно поддерживать незатухающие колебания в LC-генераторе? - Для поддержания незатухающих колебаний в LC-генераторе необходимо компенсировать потери энергии, обеспечивая низкое сопротивление в цепи, минимизируя потери энергии и поддерживая достаточную обратную связь для поддержания колебаний. ОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ 1.LC-генератор гармонических колебаний - это электрическая схема, которая использует индуктивность (L) и ёмкость (C) для создания гармонических колебаний. Принцип его работы основан на периодическом заряде и разряде конденсатора через индуктивность. 2. Типичный LC-генератор гармонических колебаний включает в себя индуктивность (L) и ёмкость (C), соединенные параллельно или последовательно. 3. Она зависит от значений индуктивности и ёмкости: при увеличении L или уменьшении C, частота колебаний уменьшается, и наоборот 4. Период колебаний T определяется как обратное значение частоты где f - частота колебаний 5. В идеальном LC-генераторе без потерь амплитуда колебаний остается постоянной. Однако в реальных условиях из-за потерь энергии в виде тепла и других факторов амплитуда колебаний может постепенно уменьшаться. 6. Значения сопротивления, индуктивности и ёмкости влияют на частоту, амплитуду и форму колебаний. Например, изменение индуктивности или ёмкости может изменить период колебаний, а сопротивление влияет на затухание колебаний и форму сигнала. 7. Для поддержания незатухающих колебаний в LC-генераторе необходимо компенсировать потери энергии, обеспечивая низкое сопротивление в цепи, минимизируя потери энергии.