- •Основы теории цепей Лабораторные работы №№ 3, 5, 7, 8 Методическое пособие
- •Москва Издательский дом мэи 2007
- •Методическое пособие
- •Введение
- •(Краткое руководство для пользователя)
- •Вход в систему
- •Выбор режима работы
- •Формирование входного сигнала
- •Форматирование графиков
- •Работа с курсорами
- •Лабораторные работы
- •Лабораторное задание
- •1. Исследование напряжения на конденсаторе
- •2. Исследование напряжения на резисторе
- •Домашнее задание
- •Лабораторное задание
- •1. Изучение вида частотных характеристик
- •2. Измерение параметров фильтра нч
- •3. Изучение влияния параметров элементов фильтра нч
- •Домашнее задание
- •Лабораторное задание
- •1. Изучение вида частотных характеристик контура
- •2. Измерение параметров контура
- •3. Изучение влияния потерь в контуре
- •4. Измерение сопротивления потерь контура
- •Домашнее задание
- •Объект лабораторного исследования
- •Лабораторное задание
- •1. Изучение вида частотных характеристик контура
- •2. Измерение параметров контура
- •3. Изучение влияния потерь в контуре
- •4. Изучение влияния неполного включения контура
- •5. Изучение явления последовательного резонанса
- •Содержание
Лабораторное задание
Подготовка установки к работе
Для сборки цепи из имеющихся элементов подберите два одинаковых конденсатора (C=2÷5 нФ) и резистор (R=5÷10 кОм).
Запустите генераторно-измерительную систему (ее ярлык — на рабочем столе). Установите режим изучения характеристик (осциллограмм) сигналов.
Включите отображение расчетного входного сигнала и сформируйте гармонический сигнал:
uвх (t) = u0+Uвх cos (ωt+φвх),
где u0=0, Uвх=1 В, f=1/(2πRC) («точность» 0,25 кГц), φвх=0°. Подберите удобные пределы отображения по времени (на экране примерно 1 период) и по напряжению.
Установленные шкалы в дальнейшем не изменяйте.
Включите отображение реального генерируемого сигнала. Проверьте по масштабной сетке, что у генерируемого напряжения действительно u0=0, Uвх=1 В, φвх=0. Если это не так, то выполните сервисную программу «Калибровка». После этого отображение расчетного входного сигнала можно отключить.
1. Исследование напряжения на конденсаторе
Соберите последовательную RС-цепь (с одним из выбранных конденсаторов) в первом варианте (когда выходное напряжение снимается с конденсатора). Подключите к цепи генераторно-измерительную систему: напряжение с генераторного выхода системы подайте на вход цепи, а напряжение с выхода цепи (с конденсатора) — на измерительный вход системы.
Включите отображение реального измеряемого сигнала (отображение расчетных сигналов следует отключить). Убедитесь, что наблюдаемое семейство осциллограмм входного uвх(t) и выходного uС(t) напряжений качественно соответствует ожидаемому. Зарисуйте это семейство.
Здесь и далее на зарисованных графиках должны быть приведены шкалы значений измеряемых величин и указаны условия эксперимента.
С помощью курсоров измерьте амплитуду и начальную фазу выходного напряжения:
UC = (uC макс − uC мин) / 2; φC (гр.) = −360 t0 / T = −360 f t0,
где t0 — значение времени, при котором uC(t0) = uC макс. Измеренные значения UC и φC внесите в таблицу и сравните с расчетными.
Параллельно задействованному конденсатору подключите еще такой же и повторите измерения UC и φC (на той же частоте). Затем переключите конденсаторы последовательно (выходное напряжение снимайте с их последовательного соединения) и снова повторите измерения.
2. Исследование напряжения на резисторе
Отключив дополнительный конденсатор, соберите последовательную RС-цепь во втором варианте (когда выходное напряжение снимается с резистора).
Убедитесь, что наблюдаемое семейство осциллограмм входного uвх(t) и выходного uR(t) напряжений качественно соответствует ожидаемому. Нанесите осциллограмму uR(t) на ранее зарисованное семейство.
Аналогично п.1 с помощью курсоров измерьте значения UR и φR, внесите их в таблицу и сравните с расчетными.
Подключив к задействованному конденсатору еще такой же — сначала параллельно, а затем последовательно — дважды повторите аналогичные измерения UR и φR (на той же частоте).
Контрольные вопросы
1. Изобразите векторную диаграмму напряжений и тока в последовательной RC-цепи, подключенной к источнику гармонического напряжения, для случая, когда модуль реактивного сопротивления конденсатора равен сопротивлению резистора.
2. Для указанного в 1‑м вопросе режима изобразите семейство осциллограмм входного напряжения, напряжения на конденсаторе и напряжения на резисторе.
3. Как изменятся осциллограммы напряжений на элементах последовательной RC-цепи, если сопротивление резистора увеличить вдвое? Если частоту колебаний увеличить в 3 раза?
4. Напряжение на входе последовательной RC-цепи равно 10 В, а на конденсаторе 5 В. Чему равно напряжение на резисторе?
5. Для питания низковольтного паяльника от сети 220 В используется последовательно включенный конденсатор. Определите требуемую емкость этого конденсатора, если номинальное напряжение паяльника 36 В, а номинальная мощность 25 Вт.
6. Изложите и поясните примененный в работе метод измерения амплитуды и начальной фазы гармонического напряжения по его осциллограмме.
__________
Лабораторная работа № 5
ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ RC-ЦЕПЕЙ
Цель работы — на примерах простейших (нерезонансных) цепей освоить понятие частотных характеристик линейной цепи и овладеть методикой их экспериментального определения.
Изучаются следующие основные вопросы:
1) понятие передаточной функции (комплексной частотной характеристики) линейной стационарной цепи; 2) понятия частотных (амплитудно-частотной и фазочастотной) характеристик линейной стационарной цепи; 3) качественное описание вида частотных характеристик однозвенных и двухзвенных RC-цепей; 4) количественное описание частотных характеристик (математические модели) вышеуказанных цепей.