Основе результатов экспериментальных измерений

Повторив процесс предварительных настроек, собрать схему исследуемой параллельной электрической цепи R₃–С₆ в соответствии с рис. 20. Для этого переключатель 3 (рис. 3) В1 на панели управления макетом установить в положение 3 (передача сигнала со входа переключателя на его выход через сопротивление ). Переключатель 4 (рис. 3) В2 установить в положение 4 (параллельное включение в исследуемую цепь ёмкости ). Переключатель 5 (рис.3) В3 установить в положение 7, соответствующее прямой передаче сигнала со входа переключателя на его выход. Переключатель 6 (рис. 3) В4 установить в положение 5, соответствующее параллельному с ёмкостью подключению сопротивления . Одновременно параллельная цепь R₃–С₆ оказывается включена параллельно выходным клеммам 8 и байонетному разъему 7 макета (см. рис. 3).

Собрав указанным образом параллельную цепь R₃–С₆, провести измерения величины действующего значения выходного напряжения на выходе макета для частот от 2 до 20 кГц с шагом 1 кГц путем соответствующего изменения положения ручки 4 (рис. 2) плавного управления значением частоты генератора Г3-109. Значение выходного напряжения на макете для указанных частот занести в табл. 12.

Таблица 12

Экспериментальные значения выходного напряжения параллельной цепи R₃–С₆

Частота , кГц

Параметр

, В

Используя результаты измерений, занесенные в табл. 12, следует рассчитать частотные зависимости:

модуля действующего значения тока в цепи ;

модуля входной проводимости цепи ;

модуля действующего значения тока в сопротивлении ;

модуля действующего значения тока ёмкости ;

фазового сдвига между током и напряжением на входе цепи ;

величины модуля реактивного сопротивления ёмкости ;

величины ёмкости .

Для определения заданных характеристик параллельной цепи R₃–С₆ следует построить векторную диаграмму токов (треугольник токов) и векторную диаграмму проводимостей (треугольник проводимостей) этой цепи аналогично тому, как это было сделано для параллельной R–L-цепи (рис. 15, 16).

Осью векторной диаграммы токов параллельной цепи R₃–С₆ является вектор напряжения . Напряжение на цепи является одинаковым для всех элементов этой цепи в данный момент времени на данной частоте. Момент времени, для которого строится векторная диаграмма, по-прежнему возьмем нулевым , чтобы ось векторной диаграммы располагалась горизонтально.

Вдоль оси напряжения в принятом масштабе токов откладываем значение тока на активном сопротивлении , так как ток и напряжение на сопротивлении связаны законом Ома, и сдвига фаз между ними нет. Ток ёмкости откладывают от конца вектора в виде вектора , опережающего вектор на (перпендикулярно вверх), так как ток ёмкости опережает напряжение на эту величину. Соединив начало координат с концом вектора , получим значения тока на входе цепи (в неразветвленной части цепи), а также сдвига фаз между током и напряжением на входе цепи (см. рис. 23).

Рис. 23. Векторная диаграмма токов параллельной цепи (треугольник

токов)

Поделив все стороны треугольника токов параллельной цепи R₃–С₆ (рис. 23) на общий для них параметр – напряжение на цепи , получим треугольник проводимостей для этой цепи (рис. 24).

Рис. 24. Векторная диаграмма проводимостей параллельной цепи

(треугольник проводимостей)

Величину модуля действующего значения тока в неразветвленной части параллельной цепи R₃–С₆ можно определить из выражения (47):

. (77)

Найти частотные зависимости величин , , , можно из приведенных выше векторных диаграмм треугольника токов (рис. 23) и треугольника проводимостей (рис. 24) и величины тока :

, (78)

, (79)

, (80)

. (81)

Величину модуля реактивного сопротивления ёмкости можно найти, зная ток ёмкости (80) и напряжение на ней (табл. 12):

. (82)

Значение самой ёмкости из формулы сопротивления ёмкости (66):

. (83)

Результаты вычислений частотных зависимостей величин , , , , , и свести в табл. 13.

Таблица 13

Экспериментальные параметры параллельной цепи R₃–С₆

Частота , кГц

Параметр

, А

,

, А

, А

, град

, Ом

, Гн

По результатам, сведенным в табл. 13, построить графики частотных зависимостей величин , , , , , и . Частотные зависимости величин , , , , построить на тех же осях, что ранее рассчитанные соответствующие зависимости, полученные расчетным путем при выполнении домашнего задания (см. табл. 5).

Построить векторные диаграммы токов и сопротивлений параллельной цепи R₃–С₆ для трех частот: кГц, кГц, кГц.

Содержание отчета

Отчет о проделанной лабораторной работе должен содержать:

результаты теоретических расчетов параметров и характеристик последовательных и параллельных R–L-и R–C-цепей;

результаты экспериментальных измерений и расчетов параметров и характеристик последовательных и параллельных R–L-и R–C-цепей, включающие совмещенные теоретические и экспериментальные частотные характеристики, таблицы, векторные диаграммы;

выводы с анализом полученных частотных зависимостей и версиями причин расхождения теоретических и экспериментальных результатов.

Контрольные вопросы и задания

1. Что такое амплитудно-частотная характеристика?

2. Что такое фазочастотная характеристика?

3. Что такое комплексная частотная характеристика?

4. Показать, как определяется фазовый сдвиг между током и напряжением на входе цепи с последовательно соединенными и ?

5. Показать, как определяется фазовый сдвиг между напряжением и током на входе цепи с параллельно соединенными и ?

6. Показать, как определяется фазовый сдвиг между током и напряжение на входе цепи с последовательно соединенными и ?

7. Показать, как определяется фазовый сдвиг между напряжением и током на входе цепи с параллельно соединенными и ?

8. Изобразить векторную диаграмму последовательной R–L-цепи, объяснить подробно её построение.

9. Изобразить векторную диаграмму параллельной R–L-цепи, объяснить подробно её построение.

10. Изобразить векторную диаграмму последовательной R–C-цепи, объяснить подробно её построение.

11. Изобразить векторную диаграмму параллельной R–C-цепи, объяснить подробно её построение.

12. Изобразить зависимость модулей действующих значений тока и напряжения на элементах от частоты в цепи, содержащей последовательно включенные и , при питании от источника ЭДС и источника тока.

13. Изобразить зависимость модулей действующих значений тока и напряжения на элементах от частоты в цепи, содержащей последовательно включенные R и C, при питании от источника ЭДС и источника тока.

14. Изобразить зависимость модулей действующих значений тока и напряжения на элементах от частоты в цепи, содержащей параллельно включенные и , при питании от источника ЭДС и источника тока.

15. Изобразить зависимость модулей действующих значений тока и напряжения на элементах от частоты в цепи, содержащей параллельно включенные R и C при питании от источника ЭДС и источника тока.

16. Как осуществить эквивалентный переход от цепи, содержащей последовательно включенные и , к цепи с параллельными элементами?

17. Как осуществить эквивалентный переход от цепи, содержащей параллельно включенные и , к цепи с последовательными элементами?

18. Как обеспечить режим генератора ЭДС и генератора тока при работе с реальными источниками?

19. Как определить фазовый сдвиг между током и напряжением на входе цепи с последовательно включенными и по известным напряжениям на входе и на элементах цепи?

20. Как определить фазовый сдвиг между напряжением и током на входе цепи с параллельно включенными и по известным величинам входного тока и токов ветвей?

21. Построить АЧХ и ФЧХ входного сопротивления и входной проводимости, последовательных R–L- и R–C-цепей.

22. Построить АЧХ и ФЧХ входного сопротивления и входной проводимости, параллельных R–L- и R–C-цепей.

23. Как изменятся АЧХ и ФЧХ входного сопротивления последовательных R–L- и R–C-цепей при увеличении (уменьшении) величин реактивных (активных) элементов цепи?

24. Как изменятся АЧХ и ФЧХ входной проводимости параллельных R–L и цепей при увеличении (уменьшении) величин реактивных (активных) элементов цепи?

25.Показать изменения частотных зависимостей тока в последовательных R–L- и R–C-цепях, при изменениях величин активных и (или) реактивных элементов цепи.

26.Показать изменения частотных зависимостей напряжения в параллельных R–L- и R–C-цепях, при изменениях величин активных и (или) реактивных элементов цепи.

27.Почему наблюдается зависимость от частоты величины индуктивности в последовательной R–L-цепи?

28.Почему наблюдается зависимость от частоты величины индуктивности в параллельной R–L-цепи?

29.Почему наблюдается зависимость от частоты величины ёмкости в последовательной R–C-цепи?

30.Почему наблюдается зависимость от частоты величины ёмкости в параллельной R–C-цепи?

Библиографический список

1. Основы теории цепей: метод. указания по лабораторным работам №1 – 4 для студентов специальности 23.01 – «Радиотехника» / Сост. В. И. Вепринцев, Г. И. Тарасов. – Красноярск: КрПИ, 1990. – 32с.

2. Основы теории цепей: учебник для вузов / Г. В. Зевеке, П. А. Ионкин, А. В. Нетушил, С. В. Страхов. – 5-е изд., перераб. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 528 с.

3. Попов, В. П. Основы теории цепей. – М.: Высш. шк., 1985. – 496 с.

4. Лосев, А. К. Теория линейных электрических цепей. – М.: Высш. шк., 1987. – 512 с.

5. Теория линейных электрических цепей: учебник для вузов / Б. П. Афанасьев, О. Е. Гольдин, И. Г. Кляцкин, Г. Я. Пинес. – М.: Высш. шк., 1973. – 592 с.

Оглавление

Общие сведения. Структура методических указаний……………………3

Цель работы…………………………………………………………………4

Приборы и оборудование……………………………………...…………...4

Теоретические сведения……………………………………………………9

Теоретические расчеты параметров и характеристик простейших

цепей…………………………………………………………………..……24

1.Рассчитать характеристики последовательной R–L-цепи………...…..24

2.Рассчитать характеристики последовательной R–C-цепи……….…...27

3.Рассчитать характеристики параллельной R–L-цепи………………....29

4.Рассчитать характеристики параллельной R–C-цепи…………….…..31

Экспериментальные измерения и расчеты параметров и

характеристик простейших цепей на основе результатов

экспериментальных измерений………………....………………………..33

1.Предварительные настройки……………………………………………33

2.Экспериментально исследовать частотные свойства

последовательной R–L-цепи и рассчитать её параметры и

характеристики на основе результатов экспериментальных

измерений………………………………………………………………….35

3.Экспериментально исследовать частотные свойства

последовательной R–С-цепи и рассчитать её параметры и

характеристики на основе результатов экспериментальных

измерений………………………………………………………………….38

4.Экспериментально исследовать частотные свойства

параллельной R–L-цепи и рассчитать её параметры и

характеристики на основе результатов экспериментальных

измерений………………………………………………………………….42

5.Экспериментально исследовать частотные свойства

параллельной R–С-цепи и рассчитать её параметры и

характеристики на основе результатов экспериментальных

измерений………………………………………………………………….45

Содержание отчета………………………………………………………...49

Контрольные вопросы и задания………………………….……………...49

Библиографический список……………………………………………….51