1. На рабочем поле программы Electronics Workbench собрать схему цепи, соединив параллельно два сопротивления (рисунок 4.2).
Включить измерительные приборы индикаторного типа: А – амперметр для измерения общего тока от источника; А1, А2 – амперметры для измерения тока в параллельных ветвях цепи; V – вольтметр для контроля за величиной напряжения источника синусоидального напряжения. Установить на выходе генератора синусоидальное напряжение заданной амплитуды по действующему значению. Частота для данной схемы может быть любой. Номинал переменного сопротивления RТ принять равным 0,1 Ом. Подключить осциллограф, используя канал А для регистрации напряжения, канал В для регистрации тока. Провести следующие измерения и расчеты:
а) измерить величину общего тока в неразветвленной части цепи и токи в параллельных ветвях;
б) по результатам эксперимента рассчитать модули полного сопротивления и проводимости цепи, результаты записать в таблицу 4.1;
Рисунок 4.2 – Исследование цепи с параллельным соединением сопротивлений
в) на расширенной модели осциллографа (нажать кнопку «ESPAND») изменением чувствительности каналов «CHANNEL A» и «CHANNEL B», длительности развертки «TIME BASE» и сопротивления RT (для увеличения одновременное нажатие Shift и R, для уменьшения нажатие R) получить на экране приемлемые для удобства измерений осциллограммы напряжения и тока;
г) по картине на экране осциллографа оценить величину фазового сдвига между входным напряжением и общим током.
2. Составить схему цепи с параллельным соединением сопротивления и индуктивности (емкости) в соответствии со своим вариантом (рисунок 4.3), включив в нее те же измерительные приборы, что и в пункте 1.
Установить заданную амплитуду и частоту генератора. Выполнить операции пунктов 1а, 1б, 1в. На экране осциллографа измерить с помощью визирных линий «T2-T1» период и сдвиг по времени между кривыми напряжения и тока (рисунок 4.4).
Рисунок 4.3 – Исследование цепи с параллельным соединением индуктивности и сопротивления
Рисунок 4.4 – Определение сдвига по времени между током и напряжением в цепи
Составить пропорцию (периоду соответствует 360о) и определить величину фазового сдвига между входным напряжением и общим током;
3. Составить схему цепи с параллельно-последовательным соединением элементов в соответствии со своим вариантом (рисунок 4.5), включив в нее те же измерительные приборы, что и в пункте 1. Дополнительно подключить вольтметры V1 и V2 к параллельному и последовательному участкам цепи.
Рисунок 4.5 – Исследование цепи с параллельно-последовательным соединением элементов
Выполнить операции пункта 2. Кроме этого, измерить и занести в таблицу 4.1 значения напряжений на участках цепи.
Требования к отчету
Отчет должен содержать:
- схемы для расчета и данные варианта;
- расчет требуемых величин;
- треугольники проводимостей и векторно-топографические диаграммы токов и напряжений.
- таблицу рассчитанных и измеренных величин.
6 Контрольные вопросы
1. Сущность символического метода расчета цепей переменного тока.
2. Построение векторно-топографических диаграмм токов и напряжений для разветвленной части цепи (качественно).
3. Расчет баланса активной и реактивной мощностей.
4. Принцип экспериментального нахождения угла сдвига фаз, используемый в работе.
Таблица 4.2 – Исходные числовые данные к работе № 4
| № вари-анта | 
| 
| 
| 
| 
| Значение параметров элементов | |
| R’, R”,Um В | R, L, f,кГц,Um,В | R,C,f,кГц,Um,B | R’,R”,C, f,кГц,Um,B | R’,R”,L,f,кГц,Um,B | |||
| R4, R6, 20 R4, R2, 20 R6, R7, 10 R3, R5, 10 R6, R10, 20 | R2, L1,5,10 R2, L1,8,15 R4, L1,10,20 R2, L2,10,10 R4, L2,15,15 | R6,R3,C2,2, 20 R6,R3,C2,3, 20 R7,R3,C2,4, 15 R7,R3,C1,1, 10 R7,R3,C1,2, 10 | L1 = 32 мГн L2 = 20 мГн C1 = 65 нФ C2 = 35 нФ | R1 = 6,8 кОм R2 = 2,2 кОм R3 = 1,5 кОм R4 = 3 кОм R5 = 4,7 кОм | |||
| R3, R4, 10 R4, R5, 15 R2, R10, 20 R3, R5, 15 R4, R2, 20 | R2, С1,5,10 R2, С1,8,15 R4, С1,10,20 R2, С2,10,10 R4, С2,15,15 | R6,R3,L2,2,20 R6,R3,L2,3,20 R7,R3,L2,4,15 R7,R3,L1,1,10 R7,R3,L1,2,10 | L1 = 31 мГн L2 = 20 мГн C1 = 59 нФ C2 = 39 нФ | R6 = 3,3 кОм R7 = 2,2 кОм R8 = 8 кОм R9 = 5,6 кОм R10 = 2,7 кОм | |||
| R4, R5,15 R4, R2, 15 R6, R7, 10 R3, R5, 10 R9, R10, 15 | R2, L1,5,10 R2, L1,8,15 R4, L1,10,20 R2, L2,10,10 R4, L2,15,15 | R6,R3,C1,2, 20 R7,R3,C1,3, 20 R7,R3,C1,6, 15 R6,R3,C2,5, 20 R7,R3,C2,10, 15 | L1 = 32 мГн L2 = 21 мГн C1 = 61 нФ C2 = 21 нФ | R 11 = 0,1 Ом | |||
| R3, R4, 15 R5, R4, 20 R10, R8, 15 R5, R3, 10 R2, R4, 15 | R2, С1,5,10 R2, С1,8,15 R4, С1,10,20 R2, С2,10,10 R4, L2,15,15 | R6,R3,L2,2,20 R6,R3,L2,3,20 R7,R3,L2,4,15 R7,R3,L1,1,10 R7,R3,L1,2,10 | L1 = 31 мГн L2 = 21 мГн C1 = 58 нФ C2 = 35 нФ | ||||
| R4, R5, 15 R10, R9, 20 R9, R8, 20 R3, R4, 10 R4, R2, 15 | R2, L1,5,10 R2, L1,8,15 R4, L1,10,20 R2, L2,10,10 R4, L2,15,15 | R6,R3,C1,3, 20 R6,R3,C1,4, 20 R7,R3,C2,5, 15 R6,R3,C2,5, 15 R6,R3,C2,4, 20 | L1 = 33 мГн L2 = 26,5 мГн C1 = 47 нФ C2 = 40нФ |
Лабораторная работа № 5
Исследование последовательного колебательного контура
1 Цель работы
Исследование резонанса напряжений в последовательном колебательном контуре, снятие амплитудных и фазочастотной характеристик, выявление избирательных свойств контура.
2 Литература
1. [1], стр. 122-131.
2. [2], стр. 113-121.
3. [3], стр. 110-114; 161-162.
4. [4], стр. 86-97.
3 Подготовка к работе
1. При подготовке к работе изучить явление резонанса напряжений в последовательном колебательном контуре. Знать условие резонанса напряжений, уметь определять резонансную частоту w0 и f0 из условия резонанса. Понять и усвоить частотные характеристики последовательного колебательного контура при разном значении добротности. Уметь качественно построить векторно-топографические диаграммы напряжений и тока последовательного колебательного контура на резонансной частоте, а также на частотах ниже и выше резонансной.
2. По заданным значениям напряжения источника напряжения U, L, RL C, в соответствии с данными своего варианта (таблица 5.3) определить:
а) частоту w0 и f0 резонанса напряжений в последовательном колебательном контуре;
б) характеристическое сопротивление r, добротность Q, затухание d, абсолютную полосу пропускания SA;
в) ток I0, напряжения на реактивных элементах UL0 и UС0 в режиме резонанса;
г) результаты расчетов занести в таблицу 5.1.
Таблица 5.1 - Результаты предварительных расчетов
| w0,рад/с | f0,Гц | r,Ом | Q | d | SA,Гц | I0,мА | UL0,В | UС0,В |
3. Качественно построить графики зависимостей Z(f), I(f), UC(f), UL(f).
4. Качественно построить векторно-топографическую диаграмму напряжений при резонансе.
4 Порядок выполнения работы
1. Для снятия амплитудно-частотных характеристик последовательного колебательного контура по току и напряжению собрать на рабочем поле программы Electronics Workbench схему цепи, приведенную на рисунке 5.1.
Рисунок 5.1 – Схема для получения амплитудно-частотных характеристик последовательного колебательного контура
Предусмотреть в схеме приборы индикаторного типа:
а) амперметр А для измерения тока I в цепи;
б) вольтметр V для контроля входного напряжения U;
в) вольтметры V1, V2 для измерения напряжений UL и UC на реактивных элементах;
Перевести измерительные приборы в режим для измерения переменного тока и напряжений (AC).
2. Установить действующее значение напряжения источника напряжения U = 3 В.
3. Изменяя частоту генератора от f < f0, до f > f0 занести показания приборов в таблицу 5.2. Перед заполнением таблицы 5.2 определить те частоты, на которых значение тока I уменьшится до значения равного 0,1 I0. В полученном диапазоне частот снять необходимые параметры режима контура для 9-ти значений частот, диапазон частот разбить произвольно.
4. Для получения фазо-частотной характеристики контура составить схему, приведенную на рисунке 5.2, включив в нее «Bode Plotter», прибор для измерения амплитудно-частотных и фазо-частотных характеристик.
Рисунок 5.2 – Схема для получения фазо-частотной характеристики последовательного колебательного контура
Установить на приборе режим измерения фазы «PHASE»; линейную развертку по вертикали (LIN) с масштабом: min (I) – -1350; max (F) – +1350; линейную развертку по горизонтали (LIN) с масштабом: min (I) – 0,1 мГц; max (F) – 40 кГц. Номинал переменного сопротивления RТ принять равным 0,1 Ом. Измерить с помощью измерительной визирной линейки прибора для тех же частот сдвиг по фазе между напряжением и током контура. Результаты измерений занести в таблицу 5.2.
По экспериментальным данным построить частотные характеристики контура.
Таблица 5.2 - Результаты эксперимента
| f,Гц | I, мА | UL, B | UC, B | j, градус |
| f < f0 | ||||
| f < f0 | ||||
| f < f0 | ||||
| f < f0 | ||||
| f0 | ||||
| f > f0 | ||||
| f > f0 | ||||
| f > f0 | ||||
| f > f0 |
5 Требования к отчету
Отчет должен содержать:
- схему для расчета и данные варианта;
- расчет искомых величин;
- заполненную таблицу 5.1;
- качественно построенные частотные характеристики и диаграммы;
- заполненную таблицу 5.2;
- частотные характеристики, построенные по экспериментальным данным.
6 Контрольные вопросы
1. Что называется последовательным колебательным контуром?
2. Резонанс напряжений в последовательном контуре, условия резонанса, резонансная частота. Параметры последовательного колебательного контура и их расчет.
3. Каково соотношение между напряжениями на элементах в последовательном колебательном контуре при резонансе?
4. Каков характер реактивного сопротивления в последовательном колебательном контуре на частоте больше или меньше резонансной?
5. Каковы АЧХ и ФЧХ тока в последовательном колебательном контуре? Каковы частотные характеристики по напряжению?
6. Начертить векторные диаграммы последовательного колебательного контура для частот выше и ниже резонанса.
7. Как экспериментально определить добротность и полосу пропускания последовательного колебательного контура?
Таблица 5.3 - Исходные числовые данные к работе № 5
| Вариант | L, мГ | С, нФ | RL, Ом |
| 1,2 | |||
| 1,5 | |||
| 2,0 | |||
| 1,2 | |||
| 1,5 | |||
| 1,5 | |||
| 2,0 | |||
| 1,2 | |||
| 2,5 | |||
| 2,0 | |||
| 2,0 | |||
| 1,5 | |||
| 1,5 | |||
| 1,5 | |||
| 2,5 | |||
| 2,5 | |||
| 1,2 | |||
| 2,5 | |||
| 1,5 | |||
| 1,5 | |||
| 1,5 | |||
| 1,5 | |||
| 1,5 | |||
| 2,0 | |||
| 1,2 | |||
| U = 3 В |
Лабораторная работа № 6
Исследование параллельного колебательного контура
1 Цель работы
Исследование резонанса токов в параллельном колебательном контуре, снятие амплитудно-частотных и фазо-частотной характеристик, выявление избирательных свойств контура.
2 Литература
1. [1], стр. 131-138.
2. [2], стр. 121-128.
3. [3], стр. 156-162.
4. [4], стр. 97-101.
3 Подготовка к работе
При подготовке к работе необходимо.
1. Изучить явление резонанса токов в параллельном колебательном контуре. Знать условие резонанса токов, уметь определять резонансную частоту w0 и f0 из условия резонанса. Получить представление о частотных характеристиках параллельного колебательного контура. Уметь качественно построить векторные диаграммы токов и напряжения на резонансной частоте, а также на частотах ниже и выше резонансной.
2. По заданным значениям тока источника тока I0, L, RL, C, в соответствии с данными своего варианта (таблица 6.3) определить:
а) частоту w0 и f0 резонанса токов в параллельном колебательном контуре;
б) характеристическое сопротивление r, добротность Q, затухание d, абсолютную полосу пропускания SA, эквивалентное сопротивление Z0;
в) напряжение на контуре U0, токи реактивных элементов IL0 и IС0 в режиме резонанса;
г) результаты расчетов занести в таблицу 5.1.
3. Качественно построить графики зависимостей Z(f), U(f), IL(f), IC(f).
4. Качественно построить векторную диаграмму токов и напряжения на частоте резонанса.
Таблица 6.1 – Результаты предварительных расчетов
| w0, рад/с | f0, кГц | r, Ом | Q | d | SA, кГц | Z0, Ом | U0, B | ILo, мА | ICo, мА |