ТЭЦ(Методичка по лабораторным работам)

Остальные частоты можно получить, меняя частоту f в обе стороны от резонансной f0 , например через 0,5 кГц.

При измерении взять 5 точек ниже частоты резонанса и 5 точек выше частоты резонанса (т.е. сдвиг 5 × 0,5 кГц = 2,5 кГц).

Данные измерений записать в таблицу 6.

Таблица 6

Частота, кГц

f1

f2

f3

f4

f5

f0

f7

f8

f9

f10

f11

Rн = ∞ (хх)

U L , В

Rн = 1 кОм

U L , В

По результатам измерений построить частотную характеристику (ре-

зонансную кривую) U L = f (

f ) , определить по ней полосу пропуска-

ния S A контура (на уровне 0,707U L0 ) и рассчитать значение доброт- ности ненагруженного контура:

Q = f0 S A .

3.5. Снять частотную характеристику U L =U вых = f ( f ) нагруженного

последовательного контура. Для этого подключить к выходу контура (к L ) сопротивление нагрузки Rн (рис. 5), установив на нем значение сопротивления 1 кОм.

Проделать все измерения, построение графика и расчеты согласно п. 3.4. (Графики U L = f ( f ) для нагруженного и ненагруженного кон-

тура можно совместить). Данные измерений занести в таблицу 6. По результатам измерений и расчетов сделать вывод о влиянии Rн на из- бирательные свойства последовательного контура, его эквивалентную добротность, полосу пропускания.

4. Параллельный контур.

4.1.Собрать схему параллельного колебательного контура, подключенно- го к источнику J с большим внутренним сопротивлением (рис. 6) (у идеального источника тока Rвн = ∞ ).

4.2.Установить L = 2 мГн, R = 20 Ом, C =50+ n×5 (нФ). Установить ток генератора тока J =10 мА.

4.3.Снять частотную характеристику ненагруженного ( Rн отключено) параллельного контура U к =U вых = f ( f ) в диапазоне частот, вклю- чающем в себя резонансную частоту f0 , поддерживая ток генератора на каждой частоте постоянным и равным 10 мА. Расчет резонансной частоты f0 сделать согласно формулы:

11

Рис. 6

f0

=

1

L C − R 2

.

2π

L C

LC

Остальные частоты так же, как в п. 3.4. Данные измерений записать в

таблицу 7.

Таблица 7

Частоты, кГц

f1

f2

f3

f4

f5

f0

f7

f8

f9

f10

f11

Rн = ∞ (хх)

U к , В

Rн = 1 кОм

U к , В

По результатам измерений построить частотную характеристику (ре-

зонансную кривую) U к = f (

f ) , определить по ней полосу пропуска-

ния S A контура (на уровне 0,707U к0 ) и рассчитать добротность Q не-

нагруженного контура

Q = f0

S A .

4.4. Снять

частотную

характеристику U к =U вых = f ( f )

нагруженного

контура. Для этого подключить к контуру сопротивление нагрузки

Rн =1 кОм (рис. 6).

Проделать все измерения, построение графика и расчеты согласно п. 4.3. Данные измерений занести в таблицу 7.

По результатам измерений и расчетов сделать вывод о влиянии Rн на

эквивалентную добротность и полосу пропускания параллельного контура (т.е. на его избирательные свойства).

5. Требования к отчету.

Отчет должен содержать:

–схемы исследуемых цепей;

–данные элементов схемы;

12

–таблицы измеренных величин;

–графики частотных характеристик ненагруженного и нагруженно- го последовательного и параллельного контуров;

–теоретический расчет добротностей и полос пропускания контуров (по данным элементов схемы) – ненагруженного и нагруженного;

–выводы по работе, т.е. оценка влияния генератора и нагрузки на избирательные свойства контуров.

Лабораторная работа № 4

Переходные процессы в RC-цепи

1.Цель работы.

Изучение и экспериментальная проверка переходных процессов, возни- кающих при коммутациях в цепи, содержащей резисторы и конденсатор.

2.Подготовка к выполнению работы.

При подготовке к работе необходимо изучить явления переходных про- цессов, законы коммутации, методы расчета токов и напряжений в цепи

впринужденном и переходном режимах, влияние параметров элемен- тов цепи на характеристики переходного процесса.

3.Экспериментальная часть.

3.1. Собрать схему (рис. 7). При этом в качестве резистора R использовать R1 = (100 + n × 10), Ом, где n – номер лабораторного стенда.

R2 =100 Ом, С = 100 нФ.

3.2.Установить напряжение источника E = 10 В. Напряжение генератора

прямоугольных импульсов используется для управления работой ключа «К», осуществляющего коммутацию исследуемой цепи. Вели-

чина напряжения U вых = 10 В необходима для устойчивой работы

Рис. 7

13

ключа; частота генератора f = 2,5 кГц выбрана такой, чтобы за период коммутации T =1 f =12,5×103 = 400 мкс переходные процессы при включении и отключении цепи практически заканчивались (т.е. не «накладывались» по времени друг на друга). При работе ключа «К» с частотой f = 2,5 кГц (Т = 400 мкс) периодически повторяются процес- сы заряда и разряда конденсатора С. При этом:

– ключ «К» – размыкается – разряженный конденсатор С заряжается до Е по цепи: +Е, R1, R2 , C , –Е с постоянной времени заряда tзар. = ( R1 + R2 )×C ;

– ключ «К» – замыкается – заряженный конденсатор разряжается до 0 по цепи: +С, R2 , –С с постоянной времени разряда

tразр. = R2 ×C .

Видно, что разряд в этой схеме происходит быстрее заряда конденсатора,

а токи заряда и разряда противоположны по направлению (см. рис. 7).

3.3.Получить осциллограммы напряжений U R1 , U R2 , U C , поочередно подключая осциллограф к соответствующим элементам схемы и зари-

совать их в отчете, разместив все графики один под другим и совмещая время заряда и разряда конденсатора (масштаб изображе-

ний на экране осциллографа выбрать следующим – по горизонтали «0,05 мс/дел» на деление, по вертикали – «5 В» на деление). Отметить на графиках области времени заряда и разряда конденсатора. Оценить верность графиков – при заряде конденсатора для любого момента времени по графикам должно выполняться условие:

U R 1 +U R2 +UС = Е ,

при разряде конденсатора:

U R2 +UС = 0.

3.4.Уменьшить емкость конденсатора С в 2 раза (С = 50 нФ) и повторить выполнение пункта 3.3. Сделать вывод о влиянии величины емкости на время переходного процесса.

4. Требования к отчету.

Отчет по работе должен содержать:

–схему и данные элементов схемы;

–осциллограммы напряжений на всех элементах схемы для двух значений конденсаторов;

–рассчитанные значения tзар. и tразр. , tзар. и tразр. для двух значений С;

–выводы по работе.

При защите лабораторной работы необходимо знать законы и методы расчета переходных процессов в электрических цепях любой конфи- гурации, понимать влияние элементов схемы и их величины на харак- теристики процессов.

14

Лабораторная работа № 5

Переходные процессы в RL-цепи

1.Цель работы.

Изучение и экспериментальная проверка переходных процессов, воз- никающих при коммутациях в цепи, содержащей резисторы и катушки индуктивности.

2.Подготовка к выполнению работы.

При подготовке к работе необходимо изучить переходные процессы, происходящие при коммутациях в цепях, содержащих резисторы и ка- тушки индуктивности, влияние параметров элементов цепи на характе- ристики переходных процессов.

3.Экспериментальная часть.

3.1.Собрать схему (рис. 8). Установить значение R1 = (100 + n × 10), Ом, где n – номер лабораторного стенда. R2 =100 Ом, L = 4 мГн.

Рис. 8

3.2.Полностью выполнить положения п. 3.2. (работа № 4). При работе ключа «К» с частотой f = 2,5 кГц (Т = 400 мкс) периодически повто- ряются процессы подключения («заряда») и отключения («разряда»)

катушки индуктивности L2 к источнику Е:

– ключ «К» – размыкается – ток «заряда» в катушке начинает воз- растать по цепи: +Е, R1, L , R2 , –Е (энергия магнитного поля в катушке также увеличивается, т.к. Wм = Li 2 2 )

спостоянной времени заряда tзар. = L( R1 + R2 );

–ключ «К» – замыкается – ток «разряда» в катушке начинает спа-

дать до 0 по цепи: L , R2 , L (энергия магнитного поля также уменьшается до 0) с постоянной времени разря-

да τразр. = LR2 .

15

Видно, что «разряд» в этой схеме происходит медленнее «заряда», на- правления токов «заряда» и «разряда» совпадают, а напряжения самоин- дукции на катушке противоположны по направлению.

3.3.Получить осциллограммы напряжений U R1 , U L , U R2 , поочередно подключая осциллограф к соответствующим элементам схемы и зари- совать их в отчете (при снятии осциллограмм выполнить требования, аналогичные требованиям п. 3.3 работы № 4).

3.4.Уменьшить индуктивность катушки в 2 раза (т.е. L = 2 мГн) и повто- рить выполнение п. 3.3. Сделать вывод о влиянии величины индук- тивности на время переходного процесса.

4. Требования к отчету.

Отчет по работе должен содержать:

–схему и данные элементов схемы;

–осциллограммы напряжений на всех элементах схемы для двух значений индуктивностей;

–рассчитанные значения τзар. , τразр. , tзар. , tразр. для двух значений L;

–выводы по работе.

При защите лабораторной работы необходимо знать законы и методы расчета переходных процессов в электрических цепях любой конфи- гурации, понимать влияние элементов схемы и их величины на харак- теристики процессов.

Лабораторная работа № 6

Реакция электрической цепи на воздействие сигнала произвольной формы

1.Цель работы.

Изучение реакции цепей на воздействие сигналов произвольной формы.

2.Подготовка к выполнению работы.

При подготовке к работе необходимо изучить переходные и импульс- ные характеристики цепей, методы их определения классическим и операторным методом, определение реакции любой цепи на воздейст- вие сигнала произвольной формы с помощью интеграла Дюамеля, ин- теграла наложения. Усвоить понятия дифференцирующей и интегри- рующей цепей.

16

3. Экспериментальная часть.

3.1.Собрать схему RL-цепи (рис. 9), установив значение R = (100 + n × 10), Ом, где n – номер лабораторного стенда, L = 4 мГн.

Рис. 9

Вкачестве источника сигнала использовать функциональный генера- тор в режиме прямоугольных импульсов. Установить амплитуду на- пряжения (Amplitude) 5 В, смещение (Offset) 5 В и частоту f = 2,5 кГц.

Вэтом случае на выходе функционального генератора возникнет на- пряжение в виде прямоугольных импульсов длительностью tи = 200

мкс, периодом T = 400 мкс и амплитудой 10 В (рис. 10, а).

Рис. 10

3.2.Получить осциллограммы напряжений uвх ( t ) , uR ( t ) , U L ( t ) по-

очередно подключая осциллограф к соответствующим элементам схемы для одного периода прямоугольных колебаний и зарисовать их в отчете в масштабе: 5 B/дел и 0,05 мс/дел.

3.3.Подать на вход RL-цепи сигнал треугольной формы (рис. 10, б) и также зарисовать осциллограммы uвх ( t ) , uR ( t ) , U L ( t ) .

3.4.Собрать схему RC-цепи (рис. 11) и также исследовать ее в режиме воздействия сигналов прямоугольной и треугольной формы (т.е. вы- полнить измерения, аналогичные п.п. 3.2, 3.3 для цепи RL).

R = (100 +	n × 10), Ом, где n – номер лабораторного стенда,
С = 100 нФ.

17

Рис. 11

4. Требования к отчету.

Отчет по работе должен содержать:

–схемы экспериментов с указанием элементов и их величин;

–осциллограммы напряжений для цепей RL и RC при подаче на них сигналов прямоугольной и треугольной формы;

–полученные теоретически выражения для переходной и импульс- ной функций заданных цепей;

–выводы по работе.

При защите лабораторной работы необходимо уметь получать выра- жение переходной и импульсной функции заданной цепи; получать выражение выходного сигнала (реакции) цепи при воздействии вход- ного сигнала произвольной формы.

Лабораторная работа № 7

Исследование реактивных двухполюсников

1.Цель работы.

Исследование зависимости входного сопротивления реактивного двух- полюсника от частоты.

2.Подготовка к выполнению работы.

При подготовке к работе необходимо изучить теорию реактивных двух- полюсников, формы изображения, методы синтеза.

3.Экспериментальная часть.

3.1.Собрать схему реактивного двухполюсника (рис. 12, а), изображенно-

го по 1-й форме Фостера. Установить: Е = 1 В, f = 1 кГц, R0 = 10 кОм,

С = (100 + n × 5) нФ, L1 = L2 =1 мГн, C1 = 63,536 нФ, C2 = 15,831 нФ.

3.2.Подключить прибор «BODE-PLOTTER» (измеритель коэффициента передачи по напряжению H от частоты) следующим образом: гнезда

18

Рис. 12

«IN» к резистору R0 (для измерения U 0 ), гнезда «OUT» к входу реак- тивного 2-х полюсника – точки 1–1¢ (для измерения U вх ). Установить на «BODE-PLOTTER» линейный масштаб («LIN») по вертикали и го- ризонтали, 0–1 – по вертикали, 0,1 мГц–80 кГц – по горизонтали. В этом случае на экране прибора будет отображаться частотная харак- теристика H ( f ) =U вх ( f )U 0 ( f ) , которая пропорциональна вход- ному сопротивлению двухполюсника.

Входное сопротивление 2-х полюсника определяется косвенным ме- тодом по формуле:

Zвх ( f ) = U вх(( f ))×R0 = H ( f )×R0 . U 0 f

3.3.В диапазоне частот 0,1 мГц – 80 кГц, на частотах резонансов и по од- ной частоте между резонансами – измерить и записать в табл. 8 зна- чения Н. Рассчитать по формуле Zвх = H ×R0 = H ×10 000 (Ом) входное сопротивление реактивного 2-х полюсника и также записать в табл. 8.

Таблица 8

f, кГц

f1

f2

fpн1

f4

fpт2

f6

fpн3

f8

fpт4

f10

f11

0

80

H исх

Zвх , Ом

3.4.Определить параметры элементов обратного 2-х полюсника (рис. 12, б) по формулам:

¢

2

¢

2

¢

L1

¢

L2

¢

2

= R02

= R02

L1

= C1 ×R0

;

L2

= C2 ×R0

; C1

; C2

;

L

= C0R0 .

19

Собрать схему обратного двухполюсника (рис. 12, б) подключить прибор «BODE-PLOTTER» и произвести измерения согласно п.п. 3.2, 3.3. Данные измерений и расчетов записать в таблицу, аналогичную табл. 8.

3.5.По результатам расчета Zвх = f ( f ) построить в масштабе графики

зависимости модуля входного сопротивления исходного и обратного реактивных двухполюсников от частоты и указать на них частоты ре- зонанса напряжений и токов.

4. Требования к отчету.

Отчет по работе должен содержать:

–схему эксперимента с указанием элементов и их величин;

–таблицу 8 (для исходного 2-полюсника) и аналогичную ей (для об- ратного 2-х полюсника) измеренных и рассчитанных величин;

–два графика зависимости Zвх = f ( f ) – исходного и обратного 2-х полюсников, построенные в масштабе и с учетом знака реактивно- сти;

–Выражение Zвх ( jw) , записанное через резонансные частоты.

При защите лабораторной работы необходимо усвоить основные во- просы анализа и синтеза реактивных двухполюсников.

Лабораторная работа № 8

Исследование пассивных четырехполюсников

1.Цель работы.

Экспериментальное исследование свойств пассивных линейных четы- рехполюсников.

2.Подготовка к выполнению работы.

При подготовке к работе необходимо усвоить типы четырехполюсни- ков, уравнения передачи в различных формах, параметры-коэффициен- ты, характеристические параметры, рабочие меры передачи, методы их расчета.

3.Экспериментальная часть.

3.1.Собрать схему пассивного резистивного четырехполюсника (рис. 13). Установить R1 =100 Ом, R2 = 200 Ом, R3 = 300 Ом, R4 = (100+ n×10 ) Ом. Установить Е = 10 В, f = 1 кГц.

3.2.Определить А-параметры четырехполюсника по опытам холостого хода (ХХ) и короткого замыкания (КЗ).

20