Министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Московский технический университет связи и информатики»

Кафедра Теории электрических сетей

Лабораторная работа №32

«Исследования пассивных цепей при гармоническом воздействии на постоянной частоте»

1.Задание

Цель лабораторной работы

С помощью программы Micro-Cap исследовать электрический режим конденсатора и катушки индуктивности в цепях гармонического тока. Сравнить полученные характеристики с помощью программы Micro-Cap, с аналогичными характеристиками, полученными расчетным путем.

2.Ход выполнения лабораторной работы

2.1 Предварительный расчет

Я рассчитала в алгебраической форме комплексное сопротивление конденсатора ZC (рис. 1), определила его полное сопротивление |ZC| (модуль) и аргумент arg(ZС) (фазу) на пяти частотах 1, 2, 3, 4 и 5 кГц, при С=32 нФ в цепи, изображенной на рисунке 1. Полученные величины я занесла в таблицу 1.

Рисунок 1 – Электрическая цепь

Расчет производился с помощью следующих формул:

Zc = -jXc = = = = – комплексное сопротивление конденсатора;

Xc = – емкостное сопротивление конденсатора;

Таблица 1 – Предварительный расчет

На рисунке 2 представлен график График зависимости модуля комплексного сопротивления конденсатора от частоты.

Рисунок 2 – График зависимости модуля комплексного сопротивления конденсатора от частоты

Вывод: при увеличении частоты уменьшается модуль сопротивления С-цепи.

На рисунке 3 представлен график зависимости фазы от частоты.

Рисунок 3 – График зависимости фазы от частоты

Вывод: при увеличении частоты фаза сопротивления С-цепи остается неизменной.

На рисунке 4 представлена RC-цепь.

Рассчитала в алгебраической форме комплексное сопротивление ZRC RC-цепи (рис. 2) для пяти частот 1, 2, 3, 4 и 5 кГц, определила его полное сопротивление и аргумент, при R=3 кОм, С=32 нФ.

Рисунок 4 – Схема RC-цепи

Расчет производился с помощью следующих формул:

Zc = -jXc = = = = – комплексное сопротивление конденсатора;

Xc = – емкостное сопротивление конденсатора;

U₂= – комплексное напряжение на конденсаторе;

Полученные величины занесены в таблицу 2 и 3.

Таблица 2 – Расчеты сопротивления для RC-цепи

На рисунке 5 представлены графики зависимости модуля и фазы комплексного сопротивления от частоты.

Рисунок 5 – Графики зависимости модуля и фазы комплексного сопротивления от частоты

Таблица 3 – Расчеты реактивного напряжения для RC-цепи

На рисунке 6 представлены графики зависимости модуля и фазы комплексного напряжения на конденсаторе RC-цепи.

Рисунок 6 – Графики зависимости модуля и фазы комплексного напряжения на конденсаторе RC-цепи

На рисунке 7 представлена L-цепь.

Рассчитала в алгебраической форме комплексное сопротивление ZL L-цепи (рис. 2) для пяти частот 1, 2, 3, 4 и 5 кГц, определила его полное сопротивление и аргумент, при L=27мГн.

Рисунок 7 – Схема L-цепи

Расчет производился с помощью следующих формул:

𝑍_𝐿 = 𝑗𝑋_𝐿 = 𝑗𝜔𝐿= 𝜔𝐿∗𝑒^−𝑗90° = = | |∗𝑒^{𝑗𝑎𝑟𝑔(𝑈𝐿/𝐼)} - комплексное сопротивление катушки

𝑋_𝐿 = 𝜔𝐿 – емкостное сопротивление катушки

U_L = jωL * I = |U_L|* e^j90° – комплексное напряжение в катушке;

U_C = (-j/ωC) * I = |U_C|* e^j90° – комплексное напряжение на конденсаторе;

Полученные величины занесены в таблицу 4 и 5.

Таблица 4 – Расчеты сопротивления для L-цепи

На рисунке 8 представлены графики зависимости модуля и фазы комплексного сопротивления

Рисунок 8 – Графики зависимости модуля и фазы комплексного сопротивления

На рисунке 9 представлена LR-цепь.

Рисунок 9 – Схема LR-цепи

Таблица 5 – Расчеты сопротивления для LR-цепи

На рисунке 10 представлены графики зависимости модуля и фазы комплексного сопротивления от частоты

Рисунок 10 – Графики зависимости модуля и фазы комплексного сопротивления от частоты

Таблица 6 – Расчеты реактивного напряжения для RL-цепи

Рисунок 11 – Графики зависимости модуля и фазы комплексного напряжения на конденсаторе RC-цепи

3.Вывод

С помощью программы Micro-Cap исследован электрический режим конденсатора и катушки индуктивности в цепях гармонического тока. Характеристики, полученные с помощью программы Micro-Cap, сравнены с аналогичными характеристиками, полученными расчетным путем.

4.Ответы на вопросы

1) Какая частота называется граничной для RL цепи?

Ответ:

Граничной называется частота, при которой модуль реактивного сопротивления равен резистивному сопротивлению

2)Каково значение модуля входного сопротивления RL-цепи на граничной частоте?

Ответ:

Модуль реактивного сопротивления равен резистивному сопротивлению.

На граничной частоте, модуль: |Zвх|=R√2

3) Каково значение аргумента входного сопротивления RL-цепи на граничной частоте?

Ответ: Аргумент входного сопротивления RL-цепи на граничной частоте равен arg|Zвх|= |φвх| =45°

4) К чему стремится модуль тока RL-цепи при увеличении частоты?

Ответ: С ростом частоты входное сопротивление цепи RL возрастает, а модуль тока уменьшается.

5) Чему равен модуль входного сопротивления RL-цепи при частоте, равной нулю?

Ответ: Модуль входного сопротивления RL-цепи при частоте равной нулю равен нулю.

Список использованных источников

1. ГОСТ 7.32-2017 Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Отчет о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления. - URL: https://files.stroyinf.ru/Index/655/65555.htm

2. Фриск В.В., Логвинов В.В. Основы теории цепей, основы схемотехники, радиоприемные устройства. Лабораторный практикум на персональном компьютере. – М.: СОЛОН-ПРЕСС 2008, 609 с.