1. Вариант

Для схемы рис. 2.18,а нужно выполнить следующее:

• Для частот f = 0, 200, 1000, 5000 Гц определить действующие значения комплексов тока I, и напряжений U₂, комплексы входного сопротивления и передаточной функции Z_BX(jω) , а также ЛАЧХ - . Результаты расчета занести в табл. 2.5.

• Построить графики входной характеристики модуля и угла входного сопротивления Z_BX(ω) и ψ_ВХ(ω), а также АЧХ - K(ω), ФЧХ - φ(ω) и ЛАЧХ - 20 lgK(ω).

• Построить векторные диаграммы токов и напряжений для расчета цепи с частотой f = 200 Гц

2. Вариант

Для схемы (рис. 2.18,б) выполнить расчеты как для 1 варианта. Результаты расчета занести в табл. 2.5.

• Построить векторные диаграммы токов и напряжений для расчета цепи с частотой f = 1000 Гц.

3. Вариант

Для схемы (рис. 2.18,в) выполнить расчеты и построения как для 1 варианта. Результаты расчета занести в табл. 2.5.

• Построить векторные диаграммы токов и напряжений для расчета цепи с частотой f = 1000 Гц.

2.3. Пояснения к выполнению лабораторной работы

В лабораторной работе для всех исследований используется пакет программ моделирования электронных устройств Electronics Workbench (EWB) в системе Windows [14, 16].

В настоящей работе моделируемая электрическая цепь содержит источники энергии, резисторы и элементы, накапливающие электрическую энергию – конденсаторы и катушки индуктивности. В цепи после включения источников устанавливается синусоидальный режим не сразу, а через некоторое время - время переходного процесса, которое практически заканчивается через 3-5 периодов синусоидального тока. После чего протекает установившийся синусоидальный режим. Этот процесс удобно наблюдать на экране прибора – осциллографа.

2.4. Порядок выполнения работы

2.4.1. Опытное определение параметров катушки индуктивности и ёмкости

2 .4.1.1. Сборка схемы

Рис. 2.19. Схема для экспериментального исследования катушки индуктивности и ёмкости.

Включить компьютер и после его загрузки запустить программу EWB. На экране вашего ПК должно появиться рабочее диалоговое окно программы (рис.1.20).

Рис.2.20. Последовательность выбора параметров источника синусоидальной ЭДС

Рис.2.21. Последовательность выбора параметров индуктивности

Руководствуясь разделом 1.4.1.1 первой лабораторной работы на рабочем поле диалогового окна необходимо сформировать схему (рис.2.19) для определения параметров катушки индуктивности и затем ёмкости.

В исследуемой схеме присутствует пять новых элементов:

- источник синусоидальной ЭДС;

- индуктивность;

- емкость;

- умножитель двух сигналов (для определения мощности);

- двух канальный осциллограф (применяется для наблюдения и измерения синусоидальных напряжений).

1. Выбор источника синусоидальной ЭДС - e(t) и задание его параметров производится в последовательности указанной на рис.2.20.

2. В последовательности указанной на рис.2.21 производим выбор индуктивности - L .

Рис.2.22. Последовательность выбора параметров ёмкости

Рис.2.23. Последовательность выбора параметров умножителя

3. В последовательности указанной на рис.2.22 производим выбор ёмкости - С.

4. Блок измерения активной мощности (ваттметр) и выбор параметров при измерении приведены на рис.2.23. В программе EWB нет отдельного прибора для измерения активной мощности.

Напомним, активная мощность - среднее значение мгновенной мощности за период:

(2.51)

В (2.51): P - средняя мощность участка цепи (генератора, всей схемы, резистивных элементов); р(t)- мгновенная мощность участка цепи, р(t) = u(t)i(t), где u(t), i(t) - соответственно напряжение и ток на участке цепи; T-период функции.

Анализ (2.51) показывает: для измерения активной мощности Р необходимо проделать три операции:

- «измерить» напряжение и ток на участке цепи;

- перемножить напряжение и ток;

- проинтегрировать полученный результат.

Рис.2.24. Последовательность выбора осциллографа и задание его параметров

Первая операция означает, что к устройству, которое должно произвести перемножение надо подвести сигналы равные (или пропорциональные) напряжению и току. С напряжением это просто: с границ участка надо двумя проводами подключиться к устройству. С током сложнее. Устройство, как правило, нельзя включать непосредственно в цепь, чтобы не влиять на величину тока. Поэтому, поступают следующим образом: в участок, где необходимо получить функцию тока включают последовательно небольшое активное сопротивление R, напряжение с которого подают на устройство. По закону Ома это напряжение - u_RШ(t) = i(t)R, т.е. величина пропорциональная току. Если R_Ш = 1 Ом , то u_RШ(t) ~ i(t). В экспериментальной схеме (рис.2.6) производиться измерение активной мощности генератора. Поэтому, к устройcтву перемножения (оно называется умножитель- Multiplier), на вход Y подается сигнал равный ЭДС генератора – , а на вход X сигнал с сопротивления 1 Ом, по которому протекает ток генератора. Установка умножителя производится с панели четырёхполюсников рис.2.23.

Операцию интегрирования, т. е. определение среднего за период значения перемноженных сигналов, осуществляет вольтметр системы DC, с внутренним сопротивлением 1мОм. При этом необходимо учесть, что если вольтметр показывает, например,10 вольт, то это означает, что мощность генератора равна 10 Вт.

Рис.2.25. Вид лицевой панели осциллографа в режиме измерения сигналов «Expand»

Остальные вольтметры и амперметр системы АС, для измерения действующих значений токов и напряжений. 5. В последовательности указанной на рис.2.24 производится выбор осциллографа. На панели компонентов выбрать пиктограмму приборов , к которой необходимо подвести курсор мыши и нажать её левую кнопку. Появится панель приборов «Instruments». На ней выбрать пиктограмму осциллографа . На пиктограмму поместить курсор мыши, и нажав правую кнопку мыши, снести пиктограмму осциллографа на рабочее поле программы.

Для установки параметров осциллографа необходимо подвести курсор мыши к снесённой пиктограмме осциллографа и дважды нажать левую кнопку мыши. После чего раскроется основная лицевая панель осциллографа с установочными параметрами.

Двух канальный осциллограф применяется для наблюдения и измерения синусоидальных напряжений, поданных на два входа: вход А (Channel A) и вход В (Channel B).

При необходимости более точного измерения осциллографом параметров сигналов, необходимо перейти к виду осциллографа «Expand» (рис.2.25). Для чего необходимо подвести курсор мыши на панели осциллографа (рис.2.24) к кнопке «Expand» и нажать левую кнопку мыши.

На расширенной панели осциллографа рис. 2.25 изображено:

1, 2 – вертикальные визирные линии красного и синего цвета, которые за треугольные ушки (они обозначены цифрами 1 и 2) могут быть курсором установлены в любое место экрана. При этом в индикационных окошках 3 и 4 приводятся измерения в местах расположении визиров 1 и 2 временные интервалы и напряжения каналов A и B. В окошке 5 показываются приращения времени и напряжений по каналам A и B, находящимся между визирными линиями.

6 - прокрутка изображения по горизонтали при перемещении движка захваченного курсором.

7. – Кнопка возврата к основному виду лицевой панели осциллографа.

В схеме рис. 2.19 осциллограф необходимо подключить следующим способом:

- на вход A осциллографа подаём напряжение на резисторе R_Ш = 1 Ом. (это напряжение будет пропорционально току через индуктивность - u_RШ(t) ~ i(t)), для чего узел 4 схемы подключаем к входу А осциллографа.

- на вход В осциллографа подаём напряжение источника, т. е. напряжение на катушке индуктивности - u_L(t) = e(t), для чего узел 3 схемы подключаем к входу В осциллографа.

Клемму «земля» (Ground) осциллографа подключаем к «земля» источника

Для правильной работы этой схемы, потребовалось «заземление» двух точек. Элемент «земля» находиться на панели источников.

После сборки схемы необходимо установить параметры элементов цепи: резисторов, ёмкости и индуктивности в соответствии с данными таблицы 2.1.

Величину источника ЭДС для данного опыта установим в соответствии с рис. 2.16: Е = 10 В – действующее значение; частота f = 200 Гц – для определения параметров катушки индуктивности и f = 2000 Гц – для определения параметров ёмкости; φ =0^о град. – начальная фаза.