ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

2.1. Измерение параметров постоянных и
переменных напряжений

Цель работы. Ознакомление с генератором SFG-2110, вольтметрами В7-38, В7-77 и осциллографом GOS620-FG.

Исходные данные

В табл. 2.1 заданы значения параметров напряжений и цепей, исследуемых в данной работе.

Таблица 2.1

Параметры исследуемых напряжений и цепей

Домашнее задание

1. Изучите органы управления и технические характеристики измерительных приборов SFG-2110, В7-38, В7-77 и GOS620-FG.

2. Изобразите последовательную схему замещения реального источника энергии с подключенной резистивной нагрузкой R _н.

3. Выведите формулу для расчета внутреннего сопротивления реального источника R_i, полагая известными значения ЭДС источника e, напряжения на нагрузке u _н и сопротивления нагрузки R _н.

4. Рассчитайте амплитуду U_m и действующее значение U гармонического напряженияпо заданному значению размаха .

5. Рассчитайте периоды гармонических напряжений T ₁ и T ₂ по заданным значениям частот f ₁ и f ₂.

6. Определите коэффициент заполнения импульсной последовательности (в процентах) по заданной скважности q.

Лабораторное задание

1. С помощью вольтметра В7-38 или В7-77 (режиме V ) измерьте уровни постоянного напряжения на зажимах гальванического элемента в режиме холостого хода (без нагрузки) и при подключенной нагрузке (u _x и u _н соответственно).

2. Рассчитайте внутреннее сопротивление гальванического элемента R_i по полученной в домашнем задании формуле, полагая, что напряжение холостого хода u _x = e.

3. Получите на выходе генератора SFG-2110 гармоническое напряжение с заданной частотой f ₁ и рассчитанным действующим значением U. Форма напряжения устанавливается с помощью кнопки WAVE, а частота – с помощью цифровых кнопок и кнопки размерности (Hz, kHz, MHz). Действующее значение напряжения на выходе генератора устанавливается с помощью ручки AMPL и контролируется вольтметрами В7-38 и В7-77 (режим V~).

4. Получите на экране осциллографа неподвижное изображение гармонического напряжения с частотой f ₁ и размахом U _p. Для этого:

· включите осциллограф GOS-620FG и к его входу CH1 подключите выход генератора SFG-2110;

· установите органы управления каналом вертикального отклонения (VERTICAL) в следующие положения: MODE – CH1, AC-GND-DC – AC;

· установите органы управления синхронизацией (TRIGGER) в следующие положения: MODE – AUTO, SOURCE – CH1 и вращая ручку LEVEL добейтесь неподвижности изображения на экране осциллографа;

· убедитесь, что ручка SWP.VAR и внутренняя ручка VOLTS/DIV находятся в крайнем правом положении, а кнопка x10 MAG отжата;

· установите коэффициенты отклонения и развертки (переключатели VOLTS/DIV и TIME/DIV соответственно) так, чтобы на экране осциллографа отображалось два-три периода исследуемого напряжения, а размах изображения составлял не менее половины высоты экрана (см. рис. 1.1, а).

5. Оцените амплитуду и период напряжения, изображение которого получено на экране осциллографа, затем уменьшите амплитуду напряжения на выходе генератора SFG-2110 в два раза с помощью ручки AMPL. Изобразите на одном рисунке осциллограммы гармонических напряжений с частотой f ₁ с заданной и уменьшенной в два раза амплитудой.

6. Установите значение частоты на выходе генератора SFG-2110 равным f ₂ и измените коэффициент развертки осциллографа так, чтобы на экране отображалось два-три периода полученного напряжения. Изобразите на одном рисунке осциллограммы гармонических напряжений с частотой f ₂ с заданной и уменьшенной в два раза амплитудой.

7. Получите на экране осциллографа неподвижное изображение периодической последовательности прямоугольных импульсов с частотой f ₂, размахом и рассчитанным в домашнем задании коэффициентом заполнения d. Для изменения формы напряжения необходимо нажать на кнопку WAVE. Для установки значения d необходимо последовательно нажать на кнопки SHIFT и DUTY, ввести численное значение d и нажать на кнопку «Hz / %».

8. Оцените длительность импульсов τ _и и период импульсной последовательности T, зарисуйте два-три периода импульсной последовательности. Рассчитайте скважность импульсов и сравните ее с заданной.

9. Получите на экране осциллографа и зарисуйте интерференционные фигуры (фигуры Лиссажу). Для этого:

· установите частоту напряжения на выходе генератора SFG-2110 f_{SFG 1} = 100 Гц;

· подключите выход встроенного генератора осциллографа GOS-620FG к входу CH2;

· установите гармоническую форму напряжения на выходе обоих генераторов;

· установите переключатель TIME/DIV в положение X-Y;

· установите частоту на выходе встроенного генератора осциллографа f_GOS = f_{SFG 1} = 100 Гц с помощью кнопки RANGE и ручки FREQUENCY, при этом на экране появится изображение эллипса – простейшей фигуры Лиссажу;

· получите более сложные фигуры Лиссажу, устанавливая следующие значения частоты на выходе генератора SFG-2110: f_{SFG 2} = 200 Гц, f_{SFG 3} = 300 Гц и f_{SFG 4} = 400 Гц.

Контрольные вопросы

1. Чем отличаются первичные источники энергии от вторичных?

2. К какому виду источников относится телефонный аккумулятор? Может ли аккумулятор служить приемником электрической энергии?

3. Какое минимальное количество полюсов может иметь элемент цепи?

4. В каких единицах измеряются ток, напряжение, мощность и энергия?

5. Как выбираются направления тока и напряжения на схеме цепи? На каких участках цепи направления тока и напряжения совпадают?

6. Как получить схему замещения цепи из принципиальной схемы той же цепи?

7. Что называется внешней характеристикой источника электрической энергии? Изобразите внешние характеристики идеальных источников напряжения и тока.

8. Почему в теории цепей не рассматривается параллельное включение идеальных источников напряжения и последовательное – источников тока?

9. В чем заключается основное отличие внешних характеристик идеальных и реальных источников энергии?

10. Какая функция называется гармонической? Как соотносятся между собой частота и угловая (круговая) частота гармонической функции? Какова размерность текущей и начальной фаз?

11. Какой параметр гармонического напряжения можно определить, измерив разность максимального и минимального значений напряжения?

12. Как связаны между собой амплитуда и действующее значение гармонической функции?

13. Какова амплитуда и действующее значение напряжения в однофазных (бытовых, с частотой 50 Гц) сетях переменного (гармонического) тока?

14. Сколько различных комплексных изображений гармонической функции используется в теории цепей?

15. Можно ли по заданным параметрам комплексной амплитуды однозначно определить параметры гармонической функции?

16. Сформулируйте назначение и основные технические характеристики генератора SFG-2110.

17. Перечислите основные органы управления генератора SFG-2110.

18. Сформулируйте назначение и основные технические характеристики вольтметров В7-38 и В7-77. В чем принципиальное отличие этих вольтметров?

19. Сформулируйте назначение и основные технические характеристики осциллографа GOS-620FG.

20. Объясните назначение органов управления осциллографа GOS-620FG.

21. Укажите порядок действий при получении на экране осциллографа изображения исследуемого напряжения. Как получить на экране осциллографа фигуры Лиссажу?

22. Изобразите осциллограмму гармонического напряжения. Как изменится вид осциллограммы, если: а) коэффициент развертки уменьшить в два раза; б) коэффициент отклонения увеличить в два раза?

23. Какие параметры имеет гармоническая функция? Изобразите график заданной преподавателем гармонической функции и определите ее комплексную амплитуду.

24. Для заданной преподавателем комплексной амплитуды напряжения определите модуль и аргумент. Как называются модуль и аргумент комплексной амплитуды?

25. Представьте в алгебраическое форме комплексное действующее значение напряжения , заданное преподавателем, и изобразите в виде вектора на комплексной плоскости.

26. Запишите аналитическое выражение внешней характеристики источника энергии по ее графику заданному преподавателем.

27. Изобразите последовательную схему замещения источника энергии и определите параметры ее элементов по заданной преподавателем внешней характеристике источника.

28. Изобразите параллельную схему замещения источника энергии и определите параметры ее элементов по заданной преподавателем внешней характеристике источника.

Для выполнения домашнего задания и подготовки к защите лабораторной работы № 1 необходимо изучить раздел 1 данного руководства и повторить материал учебника [1, стр. 8 – 15, 27 – 34, 65 – 81] и задачника [2, № 1.13, 1.19, 2.1 – 2.8].