Зміст звіту про виконану роботу. Дослідження процесів в електричних колах з послідовним з’єднанням елементів

Лабораторна робота № 3

Дослідження процесів в електричних колах з послідовним з’єднанням елементів

Тема: “ Дослідження процесів в електричних колах з послідовним з’єднанням елементів ”

Мета роботи: - експериментально визначити характеристики стаціонарних процесів в електричних колах з послідовним з’єднанням елементів та оцінити вплив на них параметрів елементів кола;

- експериментально визначити параметри дільника напруги.

Основні відомості з теорії

Комплексна схема заміщення електричного кола (ділянки кола), утвореного n послідовно з’єднаними елементами, опори яких – відповідно: Z₁, Z₂, …, Z_n, представлена на рис. 1

Рис. 1.

Рівняння електричного кола відповідно до другого закону Кірхгофа

де

- еквівалентний опір ділянки схеми електричного кола з послідовним з'єднанням елементів.

Таким чином, еквівалентний опір електричного кола (ділянки кола) з послідовним з'єднанням елементів дорівнює сумі опорів цих елементів.Комплексна провідність розглянутого кола (ділянки)

.

Отже, при розрахунках електричних кіл ділянки схем, утворені послідовним з'єднанням пасивних елементів можна замінити одним елементом, опір якого Z_e дорівнює сумі опорів елементів. Цей прийом використовують при дослідженні процесів, з'ясуванні властивостей і параметрів типових з'єднань пасивних елементів, а також з метою спрощення розрахунків розгалужених електричних кіл. При конструюванні електро- та радіоапаратури іноді вдаються до забезпечення живлення декількох окремих елементів або частин електричних кіл (пристроїв) різними напругами від одного джерела. Цей прийом здійснюють за допомогою дільників напруги.Для поділу напруги використовують електричне коло у вигляді послідовного з'єднання двох або більше пасивних елементів. Струм в такому колі - загальний для всіх елементів, а падіння напруги на кожному елементі визначається величиною його опору.У загальному випадку схема дільника напруги має наступний вид (рис. )

Рис. .

Розрахунок дільника напруги здійснюють згідно з другим законом Кірхгофа і закону Ома .З огляду на властивості послідовного з'єднання пасивних елементів, маємо

,

де - еквівалентний опір.

Таким чином, напруги на елементах дільника знаходяться в тому ж співвідношенні, що і їх опори.

Зміст роботи

1. Розрахункова частина1.1. Розрахунок струму та напруг на ділянках електричного кола комплексним методом.1.2. Побудова часових та векторних діаграм процесів, що відбуваються в колі. 2. Експериментальна частина2.1. Побудова схеми досліджуваного кола з заданими параметрами елементів.2.2. Експериментальне визначення амплітуд (діючих значень), початкових фаз струмів в гілках та напруг на елементах кола, а також різниці початкових фаз напруги та струму (фазового зсуву між напругою та струмом) відповідно до запропонованої методики для різних варіантів схем та вихідних параметрів елементів.2.3. Оцінка впливу параметрів елементів кола на характеристики струмів та напруг на його ділянках.3. Аналіз результатів Порядок виконання роботи1. Розрахункова частина1.1. Розрахувати струми в гілках та падіння напруги на елементах електричних кіл, схеми яких наведені на рис.1, а параметри елементів задати відповідно з номером схеми - з таблиці 1. Для визначення впливу параметрів елементів на характеристики процесів використати декілька варіантів значень параметрів.1.2. Результати розрахунків звести в таблицю 2.1.3. За даними розрахунків побудувати часові та векторні діаграми.2. Експериментальна частина2.1. Відкрити робоче вікно програми Electronics Workbench.2.2. Побудувати схему досліджуваного кола, використовуючи бібліотеку пасивних елементів ; виділити вхідні та вихідні зажими; задати параметри елементів схеми відповідно з варіантом.2.3. До входу кола підключити джерело гармонічної напруги з бібліотеки активних елементів . Встановити задані в таблиці 1 параметри джерела: діюче значення напруги, частоту, початкову фазу.2.4. Підключити до кола осцилограф з бібліотеки контрольно-вимірювальних приладів : вхід А - каналу – до входу, вхід В - каналу – до виходу кола. Виконати настроювання осцилографа:- чутливість: А – каналу 0.5 В/поділ.; В – каналу 0.5 В/поділ.; - зміщення по вертикалі (Y – POS): А – каналу 0; В – каналу 0;- режим по входу: А – каналу DC (натиснута відповідна кнопка); В – каналу DC; (в режимі DC вхідний сигнал подається безпосередньо на вхід підсилювача вертикального розгортання, тим самим забезпечується можливість спостерігати процеси як з змінним, так і з постійним струмом);- режим розгортання: Y/T (натиснута відповідна кнопка). В цьому режимі по вертикальній вісі відображується напруга сигналу, по горизонтальній – час.- тривалість розгортання (TIME BASE): цей параметр доцільно задати виходячи з того, щоб на екрані спостерігалися 2 – 3 повних коливання (періоди) досліджуваного сигналу, тобто «ціну» поділки можна обчислити за наступним співвідношенням

,

де f_c - частота досліджуваного сигналу;

n - кількість поділок вздовж горизонтальної вісі екрану осцилографа;

- ввімкнути режим ZOOM натисканням на відповідну кнопку на панелі. В цьому режимі, по – перше, збільшуються розміри екрану, по – друге, з‘являється можливість прокрутки зображення вздовж горизонтальної вісі, по – третє, з‘являється можливість сканування зображення за допомогою двох вертикальних візирних лінійок. Лінійки за допомогою курсору, встановленого на відповідному трикутному «повідцеві» можна встановити в будь – якому місці екрану. При цьому в відповідних індикаторних віконцях наводяться результати вимірювання моментів часу, напруги та їх різниці між візирними лінійками.

2.5. Ввімкнути на короткий час (2…5 с) установку натисканням на клавішу . Переконатися в наявності на екрані осцилографу стійкого зображення осцилограм напруги на вході кола та на його виході. Для подальшого здійснення відліків часу та напруги необхідно, користуючись прокруткою зображення, вибрати ділянку, на якій амплітуда напруги на виході кола від періоду до періоду не змінюється.

2.6. Виміряти амплітуду напруги на вході кола U_mвхта на його виході U_mвих. Для цього одну з візирних лінійок встановити в положення, що відповідає максимальному значенню досліджуваної напруги на вході кола (точка А) і в відповідному віконці здійснити відлік амплітуди. Другу візирну лінійку встановити в положення, що відповідає точці А, тобто максимальному значенню досліджуваної напруги на виході кола, і в відповідному віконці здійснити відлік амплітуди.

2.7. Визначити різницю початкових фаз Δψ_u = ψ_{u вих} - ψ_{u вх}.

Для цього можна скористатися наступним співвідношенням

Δψ_u = ψ_{u вих} - ψ_{u вх.}=-360´f´Dt, град,

де f – частота напруги джерела, Гц;

Δt =t_{u вих} – t_{u вх} - часове зміщення напруги на виході кола по відношенню до напруги на вході кола, с.

2.8. Результати відліків та розрахунків занести до таблиці 2.

2.9. Побудувати векторну діаграму.

2.10. Пункти 2.1 – 2.9 виконати для передбачених завданням схем та варіантів параметрів елементів.

3. Аналіз результатів

3.1. Оцінити відповідність результатів розрахунків та результатів експериментальних досліджень.

3.2. Визначити вплив основних факторів, зокрема, схеми, частоти, параметрів елементів кола на характеристики процесів.

3.3. Скласти звіт про виконану роботу.

Зміст звіту про виконану роботу

1. Тема та мета роботи.

2. Схеми досліджуваних кіл, викреслені з дотриманням вимог стандартів.

3. Основні розрахункові співвідношення та таблиця з результатами розрахунків, результатами експериментів та допоміжних розрахунків.

4. Векторні діаграми, побудовані за даними розрахунків та результатами експериментів.

5. Висновки.

а)	б)
в)	г)

Рис. 1 (продовження)

д)

Рис. 1 (продовження).

Таблиця 1

Схема	№ досліду	Параметри елементів	Параметри джерела
R, кОм	L, мГн	С, мкФ	U, В	f, кГц	Ψu, град
1, а		0.05		-
	0.1		-
	0.05		-
	0.05		-
1, б		0.05		-
	0.1		-
	0.05		-
	0.05		-
1, в			-
		-
		-
		-
1,г			-
		-
		-
		-
1,д		0.1; 0.001		0.006	1.41
	0.1; 0.001		0.006	1.41
	0.1; 0.001		0.006	1.41

Таблиця 2	Результати експерименту	ΨuL, ΨuC
UmL UmC
Ψur, гр.
Umr
Ψi, гр.
Im
Результати розрахунків	ΨuL, ΨuC
UmL UmC
Ψur, гр.
Umr
Ψi, гр.
Im
Параметри	f, кГц
C, мкФ
L, мГн
Сх.	R, кОм