1. В установку подсоединить катушку №1, записать в таблицу 1 её омическое сопротивление R L, указанное на самой катушке.
2. В коммутационном блоке (коробочка с разъемами синего цвета) стоит резистор с заданным сопротивлением R, значение которого также занести в таблицу 1.
3. На функциональном генераторе установить частоту 5 кГц.
4. На экране осциллографа проверить размах верхней синусоиды (т.е. на канале “ CH2 ”), он должен быть равен 2 большим делениям. Если необходимо, то подправить это значение, вращая рукоятку амплитуды сигнала на функциональном генераторе.
5. Измерить амплитудное значение напряжения на резисторе U R, т.е. с учетом цены большего деления, устанавливаемого переключателем “ VOLTS / DIV ” (Вольт / деление) для канала “ CH1 ”, определить половину размаха синусоиды в вольтах. Результаты измерений занести в таблицу 1.
6. Измерить фазовый сдвиг f эксп полного напряжения от полного тока в RL -цепи, как указано в общих сведениях методики (см. текст после формулы 13). Однако более простой способ измерения фазового сдвига заключается в следующем:
a) измерить расстояние между двумя ближайшими пиками верхней синусоиды (например, получилось 3,8 больших деления), и умножить это количество больших делений на цену деления, выставленного переключателем “ TIME / DIV ” (например, “20 mc”). В результате получится значение периода T верхней синусоиды, выраженного в микросекундах; что соответствует сдвигу фазы, равного 2p рад.
b) аналогичным образом измерить расстояние по горизонтали между двумя ближайшими пиками верхней и нижней синусоид, т.е. это будет значение времени t, мкс, равное отставанию одного колебания от другого (т.е. искомый сдвиг фаз f эксп).
В итоге получается следующая пропорция:
2p, рад –– T, мкс
f эксп, рад –– t, мкс
Откуда следует значение фазового сдвига: 
.
Записать это значение f эксп в таблицу 1.
7. На функциональном генераторе установить в соответствии с таблицей 1 очередное значение частоты f и повторить процедуры в пунктах 4 – 7.
Таблица 1. *
| f, кГц | ||||||||
| R,Ом | ||||||||
| R L,Ом | ||||||||
| U, В | ||||||||
| U R, В | ||||||||
| fэксп., рад. | ||||||||
| L, мГн | ||||||||
| X L, Ом | ||||||||
| fрасч., рад. | ||||||||
| I m, А |
* Отдельно под таблицей записать значения погрешностей прямых измерений
Следующие пункты выполнять по указанию преподавателя!
8. Повторить пункты 1 – 7 для катушки индуктивности №1, но с другим по номиналу резистором R, установленным вместо предыдущего в коммутационный блок, и заполнить таблицу 2 по аналогии с таблицей 1.
9. Повторить пункты 1 – 8 для катушки индуктивности №2, подсоединенной к установке вместо предыдущей, и заполнить очередные таблицы по аналогии с таблицей 1.
10. Повторить пункты 1 – 8 для последовательного соединения двух катушек и заполнить очередные таблицы по аналогии с таблицей 1.
11. Повторить пункты 1 – 8 для параллельного соединения двух катушек и заполнить очередные таблицы по аналогии с таблицей 1.
Работа закончена. Вернуть первоначальное состояние установки, подключив к электрической цепи надлежащим образом катушку №1 и резистор №1.
Обработка результатов
1. Для каждого значения частоты в таблице 1 рассчитать значение индуктивности L в соответствии с формулой 13.
2. Для каждого значения частоты в таблице 1 рассчитать значение импеданса X L катушки в соответствии с формулами 6 и 11.
3. Для каждого значения частоты в таблице 1 рассчитать значение фазового сдвига f расч. в соответствии с формулой 16, взяв арктангенс этого выражения.
4. Для каждого значения частоты в таблице 1 рассчитать амплитудное значение силы тока I m в RL -цепи . в соответствии с формулой 17, где U m – это амплитудное значение общего напряжения в цепи, значение которого выставлялось постоянным (размахом в 2 больших деления), в таблице 1 оно обозначено просто U .
5. Построить графики зависимостей (тип графиков точечный с добавлением к точкам кривой аппроксимации по методу наименьших квадратов):
5.1 импеданса катушки от частоты X L = f(f), (а также графики, если было задано по указанию преподавателя, для последовательного и параллельного соединений катушек X L посл. = f(f) и X L парал. = f(f));
5.2 сдвигов фаз tan f (экспериментального и расчетного) между полным током и напряжением питания как функция частоты tan f = f(f), кривые функций экспериментальную и расчетную совместить на одном графике; (а также графики, если было задано по указанию преподавателя, для последовательного и параллельного соединений катушек (tan f) посл. = f(f) и (tan f) парал. = f(f));
5.3 сдвига фаз f (экспериментального и расчетного) между полным током и напряжением питания как функция частоты f = f(f), кривые функций экспериментальную и расчетную совместить на одном графике; (а также графики, если было задано по указанию преподавателя, для последовательного и параллельного соединений катушек f посл. = f(f) и f парал. = f(f)).
6. Определить погрешности косвенных измерений.
Содержание отчёта
Отчёт оформляется в соответствии с требованиями, предъявляемыми кафедрой ОТФ.
Контрольные вопросы
1. Какие физические процессы исследуются в работе?
2. Какие фундаментальные законы лежат в основе методики исследования параметров резистивно-индуктивной цепи?
3. Можно ли определять индуктивность и импеданс катушки, не учитывая омического сопротивления катушки? Почему?
4. Как отличаются по фазе напряжения на резисторе и индуктивности, соединенные в цепи последовательно? Почему?
5. От чего и как зависят импеданс и индуктивность катушек?
6. Как определяются полный импеданс и полная индуктивность катушек, соединенных параллельно и последовательно?