4.3. 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 5 - 10 периодов синусоидального тока. После чего устанавливается синусоидальный режим. Этот процесс удобно наблюдать на экране – осциллографа.

4.4. Порядок выполнения работы

Включить компьютер и после его загрузки запустить программу EWB. На экране вашего ПК должно появиться рабочее диалоговое окно программы (рис.1.20). Руководствуясь разделами 1.4.1.1, 2.4.1.1 и 2.4.1.1 лабораторных работ 1-3 на рабочем поле диалогового окна необходимо сформировать схему (рис.4.7) для исследования резонанса токов.

Рис. 4.7. Схема для исследования резонанса токов

Рис.4.8. Вид лицевой панели осциллографа в режиме резонанса напряжений

Значения элементов цепи установить в соответствии со своим вариантом (табл. 4.1). Установим параметры источника ЭДС: действующее значение напряжения – U₁ = 2В; частоту источника – f_P, рассчитанную для данного варианта; начальную фазу ЭДС – φ_е = 0.

Расчёт схемы произведём кратковременным (1 - 3с.) нажатием кнопки пуск

Для проведения измерений по временным характеристикам осциллограф переведём в режим «Expand».. На панели осциллографа рис. 4.8 (так же смотрите рис. 2.25, лабораторная работа №2), движок 6 (прокрутка изображения) установим в начальное положение. Здесь же установим масштабы разверток: по времени -m_t = 0.02мс/дел; по напряжению, канал A - m_UA = 1В/дел и канал B - m_UB = 50 мкВ/дел. Если на экране осциллографа исследуемые напряжения выходят за пределы экрана, то их значения необходимо изменить. В схеме рис. 4.7 канал A осциллографа подключён к входному напряжению, а канал B - к резистору (шунту) Rш = 1 Ом напряжение на котором u_Ш(t) = i(t) Rш = i(t). В установившемся резонансном режиме ток и входное напряжение должны совпадать по фазе, если ток и входное напряжение не совпадают по фазе, то частота источника установлена не правильно, и её величину необходимо подобрать опытным путём. Для чего изменяя в небольшом диапазоне частоту источника (например, на 10Гц) и проводя повторные расчеты, необходимо добиться на экране осциллографа совпадения колебаний входного тока и напряжения, как показано на рис. 4.8 .

Таблица. 4.4

Исходные данные: U1= UV1=2 В, φu = 0 град; RK = 12 Ом; LK = 0.015мГ; R= ______Ом; С = ______мкФ.							Измерения с помощью осциллографа: f0ЭО = ________; EМЭО = ________; IМЭО = ________.
		Показания приборов					Расчёт
f	ω	IA1	P (UV3)	IA2	IA3	UV2	Z(ω)	φZ(ω)	Hc(ω)	Кc(ω)	20lgK(ω)
кГц	рад./c	А	Вт	В	В	В	Ом	град	-	-	-
0.1
1.0
5.0
f0= _____
15.0
20.0

Амплитудные значения ЭДС - E_МЭО и тока - I_МЭО определим помещая визирные линии 1 и 2 (рис. 4.8) в соответствующие места экрана осциллографа на расстоянии не менее 10-и колебаний напряжения от начала процесса, т. е. там где устанавливается синусоидальный процесс. Визирные линии 1 и 2 установим на расстоянии одного периода колебания синусоиды, где ток и напряжения проходят через максимальные значения. Величины E_МЭО и I_МЭО считываем в окошке 3 - VA1 (E_МЭО) и VA2 (I_МЭО) или в окошке 4 - VB1 и VB2 те же значения, но на расстоянии периода синусоиды T₀= T2 – T1. Значение T₀ находится в окне 5. Величина резонансной частоты определяется по соотношению f_PЭО = 1/T_p. Результаты измерений необходимо занести в табл. 4.4.

Показания амперметров и вольтметров записать в соответствующие графы табл. 4.4. для частоты f_P.

С экрана осциллографа срисовать 2-3 периода осциллограммы напряжения u₁(t) и тока i(t) в установившемся синусоидальном режиме для частотs f = f_P. Масштабы напряжений и времени записать на осциллограммах.

С целью исследования частотных свойств последовательного контура проведём моделирование цепи для заданных частот источника: f = 0.1, 1.0, 5.0, 15.0 и 20.0 кГц. Показания амперметров и вольтметров записать в соответствующие графы табл. 4.4. для заданных частот.

С экрана осциллографа срисовать 2-3 периода осциллограммы напряжения u₁(t) и тока i(t) в установившемся синусоидальном режиме для частот f = 1000 и 15000 Гц. Масштабы напряжений и времени записать на осциллограммах.

По данным моделирования рассчитать значения величин приведённых в табл. 4.4 и записать их в соответствующие графы.

В таблице 4.4:

- модуль входного сопротивление цепи; Z(ω) = U_V1 / I_A1;

- угол входного сопротивления цепи φ_Z(ω) = arcos(P/ (U_V1 I_A1))

- АЧХ цепи для тока; H_C(ω) = I_A3 / I_A1;

- АЧХ цепи для напряжения; К_C(ω) = U_V2 / U_V1;

- ЛАЧХ цепи; 20lgK_C (ω)

По результатам моделирования и расчёта построить:

- графики I(ω), Z(ω), φ_Z(ω), H_C(ω), К_C(ω), 20lgK_C(ω);

- векторные диаграммы напряжений и токов для частот:

f = 1000Гц – режим цепи до резонанса,

f = f_Р – резонансный режим;

f =15000 Гц – режим цепи после резонанса.

По графику I(ω) определить его минимальное значение. По графику Z(ω) определить его максимальное значение. По графикам H_C(ω), К_C(ω) определить добротность контура - Q и граничные частоты полосы пропускания контура – f_Г1 и f_Г2. Отметить на графиках граничные частоты и полосу пропускания. Результаты расчетов занести в табл. 4.2.