Измеритель предназначен для анализа амплитудно-частотных (при нажатой кнопке MAGNITUDE, включена по умолчанию) и фазо-частотных (при нажатой кнопке PHASE) характеристик при логарифмической (кнопка LOG, включена по умолчанию) или линейной (кнопка LIN) шкале по осям Y (VERTICAL) и X (HORISONTAL). Настройка измерителя заключается в выборе пределов измерения коэффициента передачи и вариации частоты с помощью кнопок в окошках F – максимальное и I – минимальное значение. Значение частоты и соответствующее ей значение коэффициента передачи или фазы индицируются в окошках в правом нижнем углу измерителя. Значения указанных величин в отдельных точках АЧХ или ФЧХ можно получить с помощью вертикальной визирной линии, находящейся в исходном состоянии в начале координат и перемещаемой по графику мышью или кнопками.
Подключение прибора к исследуемой схеме осуществляется с помощью зажимов IN (вход) и OUT (выход). Левые клеммы зажимов подключаются соответственно к входу и выходу исследуемого устройства, а правые – к общей шине. К входу устройства необходимо подключить функциональный генератор или другой источник переменного напряжения, при этом каких-либо настроек в этих устройствах не требуется.
Лабораторная работа № 1
ЗАКОНЫОМА И КИРХГОФА. МЕТОД НАЛОЖЕНИЯ
1 Цель работы
Экспериментальная проверка закона Ома, законов Кирхгофа и метода наложения при определении токов и напряжений в электрических цепях.
2 Литература
1. [1], стр. 26-27; 88-89.
2. [2], стр. 28-29; 47-48.
3. [3], стр. 35-40.
4. [4], стр. 26-27; 46-48.
3 Подготовка к выполнению работы
При подготовке к выполнению работы необходимо:
1. Изучить применение закона Ома для пассивного и активного участков цепи, замкнутой цепи, расчета токов и напряжений в простой цепи с последовательно-параллельным соединением элементов и одним источником, изучить применение законов Кирхгофа для расчета токов и напряжений в сложных разветвленных цепях с несколькими источниками
|
|
2. Изучить метод наложения и его применение к расчету сложной электрической цепи с несколькими источниками. Обратить внимание на особенности составления частичных схем при наличии в цепи идеальных источников напряжения и тока
3. Для одной из схем, приведенных на рисунке 1.1, в соответствии с данными своего варианта:
1) рассчитать токи в ветвях методом наложения, оставляя в цепи по очереди по одному источнику, находя частичные токи в ветвях от каждого источника в отдельности и проведя их наложение;
2) по закону Ома рассчитать напряжения на сопротивлениях;
3) результаты вычислений записать в таблицы 1.1, 1.2.
4) составить необходимое число уравнений для определения токов по законам Кирхгофа;
5) подставить в эти уравнения токи, рассчитанные методом наложения и проверить их выполнение;
6) составить уравнение баланса мощностей в цепи и проверить его выполнение;
В случае невыполнения уравнений, составленных по законам Кирхгофа, и уравнения баланса мощностей, расчет повторить заново.
4 Порядок выполнения работы
1. Для проверки метода наложения:
а) на рабочем поле программы Electronics Workbench собрать схему цепи в соответствии с заданным вариантом (рисунок 1.1);
б) исключить из схемы источник Е2;
в) с помощью амперметров индикаторного типа измерить и записать в таблицу 1.1 величины токов в ветвях, вызванные действием источника Е1, сравнив их с расчетными значениями;
|
|
г) исключить из схемы источник Е1;
д) измерить и записать в таблицу 1.1 величины токов в ветвях, вызванные действием источника Е2, сравнив их с расчетными значениями;
е) восстановить исходную схему с двумя источниками Е1 и Е2, измерить и записать в таблицу 1.1 величины токов, вызванные совместным действием источников Е1 и Е2, по данным измерений в каждой ветви частичных токов и результирующих токов, проверить выполнение метода наложения;
2. Для проверки законов Ома и Кирхгофа:
а) по результатам измерений токов в исходной схеме проверить выполнение первого закона Кирхгофа (ЗТК);
б) в исходной схеме с помощью вольтметра индикаторного типа измерить напряжения на всех элементах цепи и записать в таблицу 1.2, сравнив их с расчетными значениями;
в) по результатам измерений напряжений проверить выполнение закона Ома и второго закона Кирхгофа (ЗНК).
Таблица 1.1 – Результаты расчетов и измерений токов
| I1, mA | I2, mA | I3, mA | I4, mA | Iе1, mA | Iе2, mA | ||
| Е1 | Рассчитано | ||||||
| Измерено | |||||||
| Е2 | Рассчитано | ||||||
| Измерено | |||||||
| Е1 Е2 | Рассчитано | ||||||
| Е1 Е2 | Измерено |
Таблица 1.2 – Результаты расчетов и измерений напряжений
| UR1 | UR2 | UR3 | UR4 | URе | |
| Рассчитано | |||||
| Измерено |
5 Требования к отчету
|
|
Отчет должен содержать:
- схему цепи с числовыми значениями параметров элементов для данного варианта;
- расчет токов методом наложения с приведенными схемами для определения частичных токов;
- проверку выполнения законов Кирхгофа по результатам расчета;
- проверку баланса мощностей;
- таблицы 1.1 и 1.2 рассчитанных и измеренных величин;
- проверку выполнения законов Кирхгофа по данным измерений;
- выводы по работе.
6 Контрольные вопросы
1. Сформулировать законы Ома и Кирхгофа.
2. Как определяется количество необходимых уравнений при расчете цепей по законам Кирхгофа?
3. Особенности расчета цепей по законам Кирхгофа при наличии в цепи источника тока.
4. В чем сущность метода наложения?
5. Для каких схем целесообразно применение метода наложения?
6. Что определяет количество частичных схем при расчете методом наложения?
7. Как определяются мощности, отдаваемые источниками напряжения и тока и потребляемые нагрузкой? В чем заключается баланс мощностей?
 |  |
a) б)
 |  | ||
 |
в) г)
 |
д) е)
Рисунок 1.1 - Схемы для расчета и эксперимента
Таблица 1.3 - Исходные числовые данные к работам №№ 1, 2, 3
| Вариант | Схема | R1,кОм | R2,кОм | R3,кОм | R4,кОм | R5,кОм | Rx |
| 1. | а | 1,5 | 3.0 | 3.5 | 5.0 | - | R1 |
| 2. | б | 1,5 | 3.0 | 4.0 | 6.0 | - | R2 |
| 3. | в | 1,5 | 2.5 | 3.5 | - | 7.0 | R3 |
| 4. | г | 2,0 | 3.0 | 3.5 | 5.0 | - | R1 |
| 5. | д | 2,0 | 3.0 | 4.0 | - | 8.0 | R2 |
| 6. | е | 2,0 | 2.5 | 3.5 | - | 7.0 | R3 |
| 7. | а | 1,5 | 2.5 | 4.0 | 6.0 | - | R1 |
| 8. | б | 1,5 | 3.0 | 3.5 | 5.0 | - | R2 |
| 9. | в | 1,5 | 3.0 | 4.0 | - | 8.0 | R3 |
| 10. | г | 2,0 | 2.5 | 4.0 | 6.0 | - | R1 |
| 11. | д | 2,0 | 3.0 | 3.5 | - | 7.0 | R2 |
| 12. | е | 2,0 | 3.0 | 4.0 | - | 8.0 | R3 |
| 13. | а | 1,5 | 2.5 | 3.5 | 5.0 | - | R1 |
| 14. | б | 1,5 | 2.5 | 4.0 | 6.0 | - | R2 |
| 15. | в | 1,5 | 3.0 | 3.5 | - | 7.0 | R3 |
| 16. | г | 2,0 | 2.5 | 3.5 | 5.0 | - | R1 |
| 17. | д | 2,0 | 2.5 | 4.0 | - | 8.0 | R2 |
| 18. | е | 2,0 | 3.0 | 3.5 | - | 7.0 | R3 |
| 19. | а | 1,5 | 3.0 | 4.0 | 6.0 | - | R1 |
| 20. | б | 1,5 | 2.5 | 3.5 | 5.0 | - | R2 |
| 21. | в | 1,5 | 2.5 | 4.0 | - | 8.0 | R3 |
| 22. | г | 2,0 | 3.0 | 4.0 | 6.0 | - | R1 |
| 23. | д | 2,0 | 2.5 | 3.5 | - | 7.0 | R2 |
| 24. | е | 2,0 | 2.5 | 4.0 | - | 8.0 | R3 |
| Е1 = 48 В, Е2 = 27 В, Rвн1 = Rвн2 = Rвн3 = 1 кОм |
Лабораторная работа № 2
МЕТОД УЗЛОВЫХ ПОТЕНЦИАЛОВ
1 Цель работы
Экспериментальная проверка расчета цепи методом узловых потенциалов.
2 Литература
1. [1], стр. 85-88.
2. [2], стр. 53-57.
3. [3], стр. 63-68.
4. [4], стр. 42-43.
3 Подготовка к работе
При подготовке к выполнению работы необходимо:
1. Изучить метод узловых потенциалов и его применение к расчету электрических цепей;
2. Для одной из схем рисунок 1.1 в соответствии с данными своего варианта (таблица 1.3) рассчитать:
а) потенциалы всех узлов цепи (V1, V2,...).
При расчете учесть, что при наличии в цепи ветви, содержащей идеальный источник напряжения (проводимость ветви равна бесконечности) целесообразно принять за базисный узел один из узлов, к которому примыкает данная ветвь;
б) по найденным значениям потенциалов определить токи во всех ветвях цепи (I1, I2,...). Ток в каждой ветви определяется на основании закона Ома для участка цепи, за исключением ветви с идеальным источником напряжения, для определения тока в которой следует применить 1-й закон Кирхгофа;
в) проверить выполнение первого закона Кирхгофа для всех узлов цепи и в случае его невыполнения расчет потенциалов узлов и токов в ветвях повторить;
г) найденные значения потенциалов узлов и токов записать в таблицу 2.1.
4 Порядок выполнения работы
1. Определение потенциалов узлов:
а) на рабочем поле программы Electronics Workbench собрать схему в соответствии с заданным вариантом рисунок 1.1. Узел, потенциал которого принят равным нулю, соединить с корпусом («землей»).
б) с помощью вольтметров и амперметров индикаторного типа измерить:
- потенциалы всех узлов цепи;
- токи во всех ветвях;
в) измеренные величины записать в таблицу 2.1.
Для измерения потенциала любого узла вольтметр подключать между узлом и корпусом. Для измерения токов предусмотреть включение в каждую ветвь амперметра;
Таблица 2.1- Результаты расчетов и измерений
| V1 В | V2 В | V3 В | V4 В | I1 мА | I2 мА | I3 мА | I4 мА | I5 мА | I6 мА | |
| Рассчитано | ||||||||||
| Измерено |
5 Требование к отчету
Отчет должен содержать:
- схему для расчета и эксперимента, а также исходные данные своего варианта;
- полностью выполненный расчет потенциалов узлов и токов в ветвях по методу узловых потенциалов;
- проверку выполнения 1-го закона Кирхгофа для всех узлов схемы;
- таблицу рассчитанных и измеренных величин;
- выводы по работе.
6 Контрольные вопросы
1. Целесообразность применения метода узловых потенциалов для расчета электрических цепей.
2. Порядок расчета электрической цепи методом узловых потенциалов.
3. Особенности расчета при наличии в цепи:
а) идеальных источников напряжения;
б) идеальных источников тока;
4. Использование метода узловых потенциалов при наличии в цепи 2-х узлов.
Лабораторная работа № 3
МЕТОД ЭКВИВАЛЕНТНОГО ГЕНЕРАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ
1 Цель работы
Экспериментальная проверка метода эквивалентного генератора напряжения.
2 Литература
1. [1], стр. 95-97.
2. [2], стр. 57-60.
3. [3], стр. 41-44.
4. [4], стр. 44-45.
3 Подготовка к работе
При подготовке к выполнению работы необходимо:
1. Изучить метод эквивалентного генератора напряжения и тока и его применение для расчета электрических цепей.
2. Для одной из схем рисунок 1.1 рассчитать ток методом эквивалентного генератора напряжения в одной из ветвей в соответствии с данными своего варианта (таблица 1.3). Результаты расчета записать в таблицу 3.1.
Примечание: ЭДС эквивалентного генератора (напряжение холостого хода - Uхх) целесообразно определить из уравнения составленного по 2-му закону Кирхгофа для контура, содержащего искомое Uхх. В этом уравнении будут фигурировать токи, которые необходимо предварительно определить. Метод их определения, любой наиболее рациональный для полученной схемы холостого хода.
4 Порядок выполнения работы
1. Определить электродвижущую силу эквивалентного генератора (напряжение холостого хода Uхх):
а) на рабочем поле программы Electronics Workbench собрать заданную схему цепи рисунок 1.1;
б) осуществить в цепи режим холостого хода, разорвав ветвь, на которой должно быть, измерено напряжение холостого хода;
в) подключить вольтметр к точкам разрыва цепи, измерить и записать в таблицу 3.1 напряжение холостого хода Uхх.
г) сравнить измеренное значение с расчетным
2. Определить внутреннее сопротивление эквивалентного генератора напряжения Rэг:
а) осуществить в цепи (рисунок 1.1) режим короткого замыкания через амперметр индикаторного типа;
б) измерить и записать в таблицу 3.1 ток в короткозамкнутой ветви Iкз;
в) по измеренным значениям Uхх и Iкз вычислить и записать в таблицу 3.1 внутреннее сопротивление эквивалентного генератора Rэг.
г) сравнить экспериментально полученное значение с расчетным.
3. Определение тока I в рассмотренной ветви:
а) по результатам опытов 1 и 2 вычислить и записать в таблицу 3.1 ток I в рассматриваемой ветви;
б) собрать заданную схему цепи (рисунок 1.1). С помощью амперметра измерить и записать его в таблицу 3.1 ток в рассматриваемой ветви.
Сравнить ток с рассчитанным в предварительном расчете и полученным по экспериментальным данным (пункт 3, а).
Требование к отчету
Отчет должен содержать:
- схему цепи с параметрами элементов для заданного варианта;
- выполненный расчет тока в заданной ветви методом эквивалентного генератора напряжения со схемами для определения Uхх и Rэг;
- таблицу рассчитанных и измеренных величин;
- выводы по работе.
6 Контрольные вопросы
1. Сформулировать теорему об эквивалентном генераторе напряжения и тока.
2. Целесообразность применения метода эквивалентного генератора напряжения при расчете электрических цепей.
3. Определение параметров эквивалентного генератора расчетным путем.
4. Экспериментальное определение параметров эквивалентного генератора.
Таблица 3.1 - Результаты расчетов и измерений
| Рассчитано | Измерено | Вычислено | |||||
| Uхх(Еэг) | Rэг | I | Uхх(Еэг) | Iкз | I | Rэг | I |
| В | кОм | мА | В | мА | мА | кОм | мА |
Лабораторная работа № 4
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА
1 Цель работы
Изучение символического метода расчета цепей синусоидального тока и его экспериментальная проверка.
2 Литература
1. [1], стр. 48-60.
2. [2], стр. 83-89.
3. [3], стр. 115-134.
Подготовка к работе
1. Изучить символический метод расчета разветвленных цепей синусоидального тока. Усвоить понятие комплексного сопротивления и комплексной проводимости в алгебраической и показательной формах записи. Знать правила построения векторно-топографических диаграмм токов и напряжений.
2. Выполнить предварительный расчет для трех схем (таблица 4.2). Выбор схем определяется наличием исходных данных в таблице для заданного варианта. На рисунке 4.1 приведена обобщенная схема цепи.
Рисунок 4.1 – Обобщенная параллельно-последовательная схема цепи
Перечертить схему, оставив необходимые элементы и изобразив на ней, вместо Z1, Z2 и Z3 элементы рассчитываемых цепей в соответствии с данными своего варианта. Рассчитать для каждой схемы:
– полное комплексное сопротивление и комплексную проводимость цепи;
– действующее значение тока в неразветвленной части цепи и токов в параллельных ветвях;
– действующее значение напряжений на участках цепи;
– угол сдвига по фазе между приложенным напряжением и общим током. Результаты расчета записать в таблицу 4.1. Построить векторно-топографические диаграммы токов и напряжений.
Таблица 4.1 - Результаты расчетов и измерений параметров схем
| RR | RL(С) | Z1 Z2 Z3 | ||||||||||||||||||
| Z Ом | Y См | I мА | IR1 мА | IR2 мА | j гр | Z Ом | Y См | I мА | IR мА | IL мА | j гр | Z Ом | Y См | I мА | I1 мА | I2 мА | U12 В | U23 В | j гр | |
| Рассчитано | ||||||||||||||||||||
| Измерено |