Порядок выполнения работы

Перед выполнением заданий ознакомиться с описанием приборов, используемых в данной установке.

ПОДГОТОВКА УСТАНОВКИ К РАБОТЕ

1. Установить исходное положение кнопочных переключателей на панели модуля ФПЭ-09: все кнопки отжаты.

2. Установить органы управления на панелях осциллографа PO в положение, обеспечивающее измерение амплитуды и развертку во времени переменного напряжения. Тумблер сигнала синхронизации развертки установить в положение синхронизации внешним сигналом.

3. Подготовить к работе генератор PQ и источник питания ИП.

4. Собрать схему, изображенную на рис. 9.4.

5. После проверки схемы лаборантом или преподавателем присоединить все приборы к сети ~220 В. Включить приборы тумблерами «Сеть». Дать приборам прогреться в течение 3-5 мин.

6. Установить следующие параметры выходного сигнала генератора: частота – 20 кГц, напряжение – около 2 В.

7. Установить размах колебаний напряжения генератора на экране осциллографа в пределах примерно 2/3 экрана, подбором коэффициента отклонения К_у канала вертикального отклонения осциллографа.

8. Получить устойчивое изображение сигнала генератора на экране.

9. Установить такую длительность развертки, при которой на экране наблюдается 2-3 периода исследуемого сигнала.

10. Отрегулировать окончательно вертикальный размер изображения сигнала генератора на экране осциллографа с помощью ручки плавной регулировки выходного напряжения генератора. Этот размер изображения сигнала генератора рекомендуется поддерживать постоянным при всех измерениях.

Задание 1. Изучение электрических процессов в цепи,

содержащей два резистора.

1. Замкнуть с помощью кнопочного переключателя на панели модуля ФПЭ-09 ветвь, содержащую резистор R₁.

2. Получить на экране осциллографа устойчивое изображение двух исследуемых сигналов.

3. Зарисовать наблюдаемые колебания на миллиметровой бумаге. Убедиться, что угол сдвига фаз между током в цепи и входным напряжением равен нулю.

4. Произвести измерение амплитуд напряжений на входе и выходе цепи. Для этого измерить величину амплитуду каждого сигнала в делениях шкалы экрана и умножить полученные значения на коэффициент отклонения K_y канала вертикального отклонения осциллографа.

При измерении напряжений с помощью осциллографа, используемого в данной работе, рекомендуется устанавливать такое значение коэффициента отклонения К_у, при котором размер изображения сигнала по вертикали составляет не менее двух делений шкалы экрана.

5. Рассчитать значение коэффициента передачи цепи К по формуле (9.17).

6. Определить величину сопротивления резистора R₁ по формуле (9.22).

7. Данные измерений и вычислений занести в табл. 9.1.

Таблица 9.1

U0			U01				R1 Ом	φ град
U0, дел	Ку, В/дел	U0, дел	U01, дел	Ку, В/дел	U01, дел

Задание 2. Изучение электрических процессов в цепи,

содержащей резистор и конденсатор.

1. Замкнуть с помощью кнопочного переключателя на панели модуля ФПЭ-09 ветвь, содержащую конденсатор С.

2. Получить на экране осциллографа устойчивое изображение двух исследуемых сигналов.

3. Зарисовать колебания, наблюдаемые на экране осциллографа при частоте генератора 20 кГц.

4. Определить угол сдвига фаз между током и входным напряжением при частоте 20 кГц. Для этого измерить в делениях шкалы экрана осциллографа сдвиг по времени Δt между изображениями двух исследуемых сигналов и период колебаний Т (рис. 9.6). Разность фаз рассчитать по формуле

(9.31)

5. Повторить пп. 3, 4 при частоте генератора 80 кГц.

6. Провести измерения амплитуд напряжений на входе и выходе цепи при различных значениях частоты генератора ν (по методике, описанной в п.4 задания 1). Частоту генератора менять в пределах от 20 до 80 кГц сначала с интервалом 5 кГц (до 40 кГц), а затем с интервалом 10 кГц.

7. Рассчитать значения коэффициента передачи цепи К по формуле (9.17) для всего исследованного диапазона частот.

8. Построить график зависимости коэффициента передачи цепи RC от частоты входного напряжения .

9. С помощью графика оценить величину емкости конденсатора С. Для этого воспользуемся линейным участком графика, который описывается формулой (9.26). Определив тангенс угла наклона линейного участка, и приняв его угловому коэффициенту зависимости (9.26), получим соотношение , откуда .

10. Рассчитать разность фаз φ по формуле (9.24) при двух значениях частоты генератора: 20 и 80 кГц. Сравнить результаты расчета с результатами непосредственного измерения угла φ.

11. Данные измерений и вычислений занести в табл. 9.2.

Таблица 9.2.

ν 10^4 Гц

U0

U01

С, Ф

Δt, дел

Т, дел

φизм, град

φрасч, град

U0, дел

Ку, В/дел

U0, В

U01, дел

Ку, В/дел

U01, В

Задание 3. Изучение электрических процессов в цепи,

содержащей резистор и катушку индуктивности

1. Замкнуть с помощью кнопочного переключателя на панель модуля ФПЭ-09 ветвь, содержащую катушку индуктивности L.

2. Получить на экране осциллографа устойчивое изображение двух исследуемых сигналов.

3. Зарисовать колебания, наблюдаемые на экране осциллографа при частоте генератора 30 кГц.

4. Определить угол сдвига фаз между током в цепи и входным напряжением при частоте 30 кГц. Для этого измерить в делениях шкалы экрана осциллографа сдвиг по времени Δt между изображениями двух исследуемых сигналов и период колебаний Т (см. рис. 9.6). Разность фаз рассчитать по формуле (9.31).

5. Повторить пп. 3, 4 при частоте генератора 100 кГц.

6. Провести измерение амплитуд напряжений на входе и выходе цепи при различных значениях частоты генератора ν (по методике, описанной в пункте 4 задания 1). Частоту генератора менять в пределах от 30 до 100 кГц.

7. Рассчитать значения коэффициента передачи цепи К по формуле (9.17) для всего исследованного диапазона частот.

8. Построить график зависимости .

9. С помощью графика оценить величину индуктивности катушки L. Для этого воспользоваться линейным участком графика, который описывается формулой (9.30). Определив тангенс угла наклона линейного участка, и приравняв его угловому коэффициенту зависимости (9.30), получим соотношение , откуда .

10. Рассчитать разность фаз φ по формуле (9.28) при двух значениях частоты генератора: 30 и 100 кГц. Сравнить результаты расчета с результатами непосредственного измерения угла φ.

11. Данные измерений и вычислений занести в таблицу 9.3.

Таблица 9.3

ν 10^4 Гц

1/ν 10^-5 с^-1

U0

U01

L, Гн

Δt, дел

Т, дел

φизм, град

φрасч, град

U0, дел

Ку, В/дел

U0, В

U01, дел

Ку, В/дел

U01, В