- •Предисловие
- •Введение
- •Изучение источников питания
- •Методические указания и рекомендации
- •Инструкция по эксплуатации осциллографа универсального с1-77
- •Проведение измерений
- •Инструкция по эксплуатации генератора сигналов г3-112
- •Исследование стационарного состояния линейной электрической цепи
- •Объект и средства исследования
- •Рабочее задание
- •Порядок выполнения работы
- •Значения параметров элементов исследуемой цепи
- •Значения напряжений узлов и токов ветвей
- •Методические указания и рекомендации
- •Программа домашней подготовки к выполнению работы
- •Контрольные вопросы
- •Экспериментальное исследование пассивных элементов цепи в частотной области при последовательном соединении
- •Объект и средства исследования
- •Рабочее задание
- •Частотные характеристики катушки индуктивности
- •Частотные характеристики резистора
- •Частотные характеристики конденсатора
- •К определению модулей напряжений на элементах цепи
- •Методические указания и рекомендации
- •Программа домашней подготовки к выполнению работы
- •Контрольные вопросы
- •Пассивный двухполюсник
- •Результаты измерений методом трех вольтметров
- •Результаты измерений с помощью осциллографа
- •Методические указания и рекомендации
- •Программа домашней подготовки к выполнению работы
- •Контрольные вопросы
- •Резонанс в электрических цепях
- •Объект и средства исследования
- •Рабочее задание
- •Методические указания и рекомендации
- •Программа домашней подготовки к выполнению работы
- •Контрольные вопросы
- •Исследование линейных электрических цепей
- •Расчет параметров отдельно взятых катушек
- •К определению взаимной индуктивности
- •Методические указания и рекомендации
- •Программа домашней подготовки к выполнению работы
- •Контрольные вопросы
- •Согласование нагрузки с источником
- •К пунктам 4 и 6
- •Методические указания и рекомендации
- •Программа домашней подготовки к выполнению работы
- •Контрольные вопросы
- •Исследование последовательного колебательного контура
- •Объект и средства исследования
- •Рабочее задание
- •К определению параметров цепи
- •Амплитудно-частотная характеристика
- •Методические указания и рекомендации
- •Программа домашней подготовки к выполнению работы
- •Контрольные вопросы
- •Исследование параллельного колебательного контура
- •Объект и средства исследования
- •Рабочее задание
- •К определению параметров контура
- •Амплитудно-частотная характеристика
- •Методические указания и рекомендации
- •Программа домашней подготовки к выполнению работы
- •Контрольные вопросы
- •Исследование связанных колебательных контуров
- •Объект и средства исследования
- •Рабочее задание
- •Методические указания и рекомендации
- •Программа домашней подготовки к выполнению работы
- •Контрольные вопросы
- •Исследование линейного пассивного четырехполюсника
- •Объект и средства исследования
- •Рабочее задание
- •Методические указания и рекомендации
- •Программа домашней подготовки к выполнению работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 12 исследование линейных частотных фильтров
- •Объект и средства исследования
- •Рабочее задание
- •Методические указания и рекомендации
- •Программа домашней подготовки к выполнению работы
- •Контрольные вопросы
- •Исследование фазовращателя Цели работы. 1. Изучить методы расчета и экспериментального исследования электрических цепей, осуществляющих фазовые сдвиги между токами и напряжениями.
- •2. Ознакомиться со способами настройки фазовращающих цепей на заданный режим.
- •Объект и средства исследования
- •Рабочее задание
- •Экспериментальные и расчетные данные
- •Методические указания и рекомендации
- •Программа домашней подготовки к выполнению работы
- •Контрольные вопросы
- •Исследование переходных процессов в цепях с одним реактивным элементом
- •Объект и средства исследования
- •Рабочее задание
- •Исследование цепи
- •Методические указания и рекомендации
- •При логарифмировании получаем
- •Программа домашней подготовки к выполнению работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 15 исследование переходных процессов в цепи с двумя реактивными элементами
- •Объект и средства исследования
- •Рабочее задание
- •Методические указания и рекомендации
- •Программа домашней подготовки к выполнению работы
- •Контрольные вопросы
Министерство образования и науки Российской Федерации
Новосибирский государственный технический университет
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
621.3 № 3109
О-753
ОСНОВЫ ТЕОРИИ ЦЕПЕЙ
Методическое руководство к лабораторным работам
для студентов факультетов радиотехники, электроники и физики,
энергетики, физико-технического и бизнеса
дневной и заочной форм обучения
Новосибирск
2006
УДК 621.3.011.7(07)
О-753
Составители: доц. В.В. Афанасьев, проф. О.Н. Веселовский,
доц. О.Б. Давыденко, проф. Д.Л. Калужский,
доц. М.Г. Калюжный, ст. преп. А.В. Никоненко,
доц. Б.Х. Левин, проф. А.В. Сапсалев,
доц. В.С. Чуркин
Под общей редакцией проф. А.В. Сапсалева
Рецензент Ю.В. Петренко
Работа выполнена на кафедре общей электротехники
Новосибирский государственный
Предисловие
Настоящее руководство охватывает полный цикл лабораторных работ, выполняемых студентами в соответствии с программой курса «Основы теории цепей». Часть работ может быть рекомендована для студентов, изучающих электротехнические курсы с другим названием, но включающие раздел теории электрических цепей. Содержание настоящего сборника максимально приближено к вузовским специальностям информационного (неэнергетического) направления. В связи с этим подавляющее число работ выполняется с использованием в качестве источника генератора синусоидальных сигналов регулируемой частоты и амплитуды.
Выполнение каждой лабораторной работы рассчитано на два академических часа. Примерно 1,5…2 часа необходимо для домашней подготовки к очередному занятию. При этом предполагается, что в процессе самостоятельной подготовки студенты каждой бригады заготавливает бланки протоколов, содержащие необходимые схемы, формулы и таблицы; после заполнения во время лабораторной работы результатов измерений и последующей их обработки эти протоколы превращаются в отчет, подлежащий защите.
Для студентов, проявивших способности и интерес к углубленному ис-следованию электрических цепей, в большинстве работ предусмотрены специальные дополнительные задания. Эти задания помечены звездочками.
Перечень работ, выполняемых студентами конкретной специальности или направления в том или ином семестре, указан в календарных планах курсов, а также сообщается студентам на лекциях.
Ссылки на литературные источники делаются в том порядке, в каком они приведены в списке литературы в конце настоящего руководства. Студент может пользоваться конспектом лекций и любым литературным источником, в котором изложен интересующий его раздел, и только в качестве примера здесь делаются ссылки на какой-нибудь один, в крайнем случае – два источника. Это следует рассматривать как минимум, необходимый для подготовки к работе и ее защите.
П
Введение
Домашняя подготовка. Подготовка к выполнению каждой лабораторной работы предполагает:
1) изучение по рекомендуемой литературе нужных разделов, относящихся к данной работе;
2) внимательное изучение описания лабораторной работы с целью представления ее структуры и программы выполнения;
3) письменный ответ каждого члена бригады на контрольные вопросы к лабораторной работе;
4) оформление протокола (заготовки) будущего отчета по лабораторной работе.
Для заготовки используются листы формата А4 (210 297 мм). Первой страницей считается титульный лист, образец которого приводится ниже. В начале следующего листа указываются цель лабораторной работы и программа выполнения (рабочее задание). Остальное содержание отчета должно отражать этапы выполнения работы в соответствии с ее программой.
Оформление каждого этапа работы должно включать:
– его развернутый заголовок в соответствии с рабочим заданием (например, «Исследование частотной зависимости модуля комплексного сопротивления катушки»);
– схемы исследуемых цепей с условным обозначением измерительных приборов, соответствующие цели эксперимента данного этапа;
– таблицы для записи опытных данных и результатов их обработки;
– необходимые формулы и уравнения и место для расчета по данным соотношениям;
– при необходимости предварительный расчет значений величин, используемых при экспериментальных исследованиях;
– заготовки для построения необходимых графиков, если это предусмотрено заданием, причем желательно выбирать их масштабы такими, чтобы поле, занимаемое графиком, приближалось к квадратному. Вычерчивать графики рекомендуется на миллиметровой бумаге и по возможности различными цветами. Длина координатных осей может быть 80…220 мм, в зависимости от количества кривых. Все штрихи на координатных осях наносят на равных расстояниях друг от друга, указывают только округленные числовые значения величин и их размерности;
– анализ полученных результатов каждого этапа работы и выводы (заключение) по всей работе.
При вычерчивании схем электрических цепей следует пользоваться обозначениями, принятыми в учебных пособиях по ОТЦ и ТОЭ последних изданий. Все формулы и уравнения следует записывать аккуратно, не экономя бумагу. Умейте и зачеркнуть аккуратно! При однократном вычислении значения какой-либо величины приводится формула в общем виде, затем в нее подставляют численные величины и, наконец, записывают ответ. При многократном вычислении значений величины, результаты которой заносятся в таблицу, приводится только формула вычислений. Например, .
Важной частью подготовки являются ответы на контрольные вопросы.
Пример оформления титульного листа
лабораторной работы
Новосибирский государственный технический университет
Кафедра общей электротехники
ОТЦ
Отчет по лабораторной работе № 2
Исследование линейной электрической цепи
постоянного тока
Факультет
Группа
Студенты
Преподаватель
Н
Если имеются вопросы, ответы на которые вызывают затруднения, то нужно еще раз перечитать соответствующие разделы учебных пособий или обратиться к преподавателю за разъяснениями. Только после уверенных ответов на все вопросы предварительную подготовку к работе можно считать законченной.
Выполнение работы. В начале занятия бригада студентов должна представить полностью оформленный и скрепленный отчет по предыдущей лабораторной работе и заготовку очередной работы.
Преподаватель, ведущий занятия в студенческой подгруппе, должен проверить степень готовности студентов каждой бригады к лабораторной работе и, если сочтет ее достаточной, допустить их к ее выполнению. Только после получения допуска студенты бригады могут приступить к работе. В этом случае отчет выполняется один на бригаду. После завершения ее очередного этапа полученные результаты необходимо показать преподавателю. Если в отчете будут обнаружены какие-то неточности, то их еще можно будет исправить.
При отсутствии заготовки к очередной работе и при низкой степени подготовки студентов к ее выполнению преподаватель вправе потребовать от студентов бригады представить индивидуальные отчеты.
По окончании работы преподаватель делает отметку в своем журнале. Отчет по выполненной работе рекомендуется оформлять в день выполнения работы или на следующий день, пока свежи воспоминания о проделанной работе.
Оформление отчета. Отчет оформляется разборчиво от руки либо на компьютере.
Математические преобразования должны выполняться в общем виде, т.е. в буквенных выражениях. Числовую подстановку делать в соответствии с порядком следования символов в выражениях. Числовая подстановка без записи формулы или запись ответа после буквенного выражения недопустимы.
Все промежуточные результаты рекомендуется вычислять с точностью до четырех значащих цифр, а окончательные результаты записывать с тремя значащими цифрами с указанием единицы измерения. Пользуйтесь микрокалькулятором для инженерных и научных расчетов (Scientific Calculator) с комплексной арифметикой! Установите точность отображаемых им чисел в четыре значащие цифры мантиссы числа (командой TAB 3).
Все графики выполняются в удобочитаемом масштабе на миллиметровой бумаге формата А4 либо графическими средствами операционных систем Windows или программных продуктов Microsoft Office. На графике должны быть обозначены расчетные точки, по которым строятся кривые, и указаны идентификаторы и единицы измерения величин, откладываемых по осям графика. Штриховка координатных осей – равномерная с указанием округленных значений.
При обработке результатов опытов на компьютере рекомендуется использовать функции сплайновой аппроксимации системы MathCad. При оформлении экспериментальных результатов вручную расчетные точки графика соединяются плавной кривой с применением лекал.
Защита лабораторной работы. Лабораторные работы, объединенные в циклы, защищаются письменно в отведенное для этого время.
Правила работы в лаборатории. До начала работы с аппаратурой студенты должны пройти инструктаж по технике безопасности и в последующем строго выполнять все изученные положения.
В соответствии с ГОСТ 12.1.009-76 малым является напряжение не более 42 В, поэтому студенты не должны вскрывать макеты, приборы или какую-либо аппаратуру, поскольку в них могут оказаться неизолированные участки с напряжением более 42 В. Нельзя касаться корпусов двух приборов одновременно. При нормальной работе корпусы приборов должны быть соединены между собой для выравнивания их потенциалов. В случае, когда корпус одного прибора заземлен, а корпус другого почему-либо не соединен с общим проводом и к тому же изоляция силового трансформатора имеет недостаточно большое сопротивление, между корпусами этих приборов может оказаться сетевое напряжение, что опасно для жизни.
По этой же причине нельзя при работе с электроустановками касаться неизолированных проводников и устройств, имеющих нулевой потенциал (водопроводные трубы, отопительные радиаторы и т. д.). Студенты должны научиться работать с аппаратурой одной рукой, что позволит исключить касание двух приборов одновременно. Категорически запрещается включать аппаратуру, если в помещении находятся менее двух человек. Нельзя пользоваться неисправной аппаратурой, проводниками с пониженной изоляцией.
При возникновении опасности следует прежде всего отключить сеть питания и сообщить преподавателю или лаборанту о случившемся. При поражении током необходимо оказать первую помощь пострадавшему, если произошло загорание аппаратуры, то следует немедленно отключить напряжение сети, использовать огнетушители и иные средства гашения огня.
Возможны случаи, когда несоблюдение правил эксплуатации аппаратуры не вызывает травм, но ведет к порче приборов. Например, не следует замыкать накоротко выводы источников постоянного напряжения и генератора синусоидальных сигналов или подключать к их выходам резистор с малым сопротивлением. При работе с вольтметром и амперметром нужно знать порядок измеряемого напряжения и соответственно тока и заранее устанавливать приемлемые пределы измерения. Если предполагаемое значение измеряемой величины неизвестно, то при использовании многопредельных приборов измерения следует начинать с максимально возможного предела.
При выполнении лабораторных работ необходимо соблюдать правила, направленные на повышение точности измерений. Важнейшим из них является соединение корпусов генератора и измерительных приборов.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1