Федеральное агентство по образованию
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)
Кафедра телекоммуникаций и основ радиотехники
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОВ ОМА И КИРХГОФА В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ ПРИ ГАРМОНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
Руководство к лабораторной работе №2 по дисциплине «Основы теории цепей» для студентов радиотехнического факультета всех специальностей
Разработчики: доцент кафедры ТОР Б.Ф. Голев, доцент кафедры ТОР И.В. Мельникова
Томск 2009
2
СОЖЕРЖАНИЕ
Лабораторная работа №2
Исследование законов Ома и Кирхгофа в электрической цепи при гармоническом воздействии
1. Цель работы............................................................................... |
3 |
2. Исходная информация.............................................................. |
3 |
3. Программа работы.................................................................... |
5 |
3.1Домашнее задание..................................................................... |
5 |
3.2Исследование выполнения законов Ома и Кирхгофа при |
|
гармоническом воздействии для последовательного соедине- |
|
ния катушки индуктивности L и резистора R1........................... |
6 |
3.3Исследование выполнения законов Ома и Кирхгофа при |
|
гармоническом воздействии для последовательного соедине- |
|
ния конденсатора C и резистора R1............................................. |
9 |
3.5Выводы по работе................................................................... |
10 |
4. Методические указания.......................................................... |
11 |
5. Контрольные вопросы............................................................ |
12 |
Список литературы...................................................................... |
16 |
3
1. Цель работы
Освоение методов измерения напряжения, тока и разности фаз гармонических сигналов.
Экспериментальная проверка топологических уравнений для цепей первого порядка и закона Ома в комплексной форме для индуктивности L, емкости C и сопротивления R.
2. Исходная информация
Исследованию подлежат цепи из последовательно соединенных элементов RL, RC и RR. Они расположены на панели «Линейные цепи – 1» в верхнем левом углу.
Параметры элементов: L=30мГн, С=0,03мкФ, R=1кОм. Входное напряжение Uвх=1В.
Лабораторная работа выполняется бригадой из 2-3 человек. За каждой бригадой закрепляется рабочее место (стенд). Студентам в бригаде присваивается порядковый номер. Номер варианта соответствует номеру рабочего места по таблице 2.1, или задается преподавателем. Каждый студент в бригаде проводит расчет и эксперимент на индивидуально заданной частоте.
Таблица 2.1
Вариант |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Частота, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кГц |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
9,5 |
|
(нечетные |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
№) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Частота, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кГц |
13 |
14 |
10 |
11 |
12 |
13,5 |
14,5 |
15,5 |
|
(четные №) |
|
|
|
|
|
|
|
|
Источником гармонических напряжений служит генератор звуковых сигналов Г3-53.
Действующие значения гармонического напряжения на входе и элементах цепи измеряются вольтметром В3-38.
Начальная фаза комплексного напряжения определяется по фазометру.
Справка: фазометр Ф2-1М служит для измерения разности начальных фаз двух гармонических напряжений в диапазоне 20Гц − 100кГц. Если «опорный» вход фазометра подключить ко входу цепи, а «сигнальный»
4
вход к выходу цепи, то фазометр покажет разницу начальных фаз ϕ Uâû õ − ϕ Uâõ .Далее начальную фазу опорного сигнала U&âõ принимаем равной нулю, следовательно, показание фазометра отражает начальную фазу измеряемого напряжения U&âû õ .
Частота генератора контролируется с помощью мультиметра в режиме измерения частоты «10МГц».
Общая схема цепи из двух последовательно соединенных элементов дана на рис.2.1
|
|
|
|
|
I |
|
|
|
Z1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Z2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
UВХ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 2.1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
В качестве сопротивлений Z1 и Z2 могут использоваться активные со- |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
противления R, индуктивное сопротивление |
ZL |
= |
jω L = ω Le j90° или ем- |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
костное сопротивление ZC |
= |
|
1 |
|
= |
|
− |
|
j |
1 |
|
= |
|
|
1 |
|
e− |
j90° . |
|
|
|
|||||||||||||||||
jω C |
ω C |
ω |
C |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
Общий алгоритм расчета тока |
I& |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
& |
|
|
& |
при заданном |
||||||||||||||||
|
и напряжений U1 и |
U2 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
& |
и известных значениях сопротивлений Z1 и Z2: |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
Uâõ |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
& |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
& |
Uâõ |
|
|
|
|
|
& |
|
|
& |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
& |
|
|
|
|
& |
|
|
|
|
|
|||
|
I = |
Z1 |
+ |
Z 2 |
; |
|
|
|
U1 |
= |
|
I |
ЧZ1; |
|
|
|
|
|
|
U2 |
= |
|
I ЧZ 2; |
|
|
. |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
& |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
& |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
& |
|
|
UâõZ1 |
|
|
|
|
|
& |
|
|
|
|
UâõZ 2 |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U1 |
= |
|
Z1+ |
|
|
Z 2 |
; |
|
|
U2 |
= |
|
Z1+ Z2 |
; |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
Общая методика определения модуля и аргумента комплексного дроб- |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ного выражения: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Τ& = |
|
a + jb |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
a2 + b2 e jϕ ×ÈÑË |
. |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
c + jd |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
c2 + d 2 e jϕ ÇÍ ÀÌ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
Ì î äóëü äðî áí î ãî |
|
âû ðàæ åí èÿ = |
|
|
|
Ì |
о дуль числит еля |
; |
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
Ì |
|
î äóëü çí àì åí àò åëÿ |
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
ModΤ& = |
|
Τ& |
|
= Τ = |
|
|
|
|
|
т.е. |
|
|
|
a2 + b2 |
|
|
||||
|
|
|
c2 + d 2 |
|||||||
Аргумент дробного выражения |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
argΤ& = ϕ Τ |
= |
ϕ ÷èñë − ϕ çí àì , |
|||||||
где |
ϕ ÷èñë = arctg b |
, |
ϕ çí àì |
= arctg |
c |
. |
||||
|
||||||||||
|
|
|
a |
|
|
|
|
d |
3.Программа работы
Вработе исследуются соотношения между напряжениями и током в последовательном соединении RL, RC и RR (рис.3.1).
I |
R1 |
L |
I R1 |
С |
I R1 |
R4 |
|
UR |
UL |
UR |
UC |
UR1 |
UR4 |
|
|
Uвх |
|
Uвх |
|
Uвх |
|
|
a) |
|
б) |
|
в) |
Рисунок 3.1
3.1 Домашнее задание
По рекомендуемой литературе /1, с.40-46, 72-101; 2,с.48-59/ и методическим указаниям к данной работе изучить:
−соотношения между током и напряжением на элементах R, L, C (компонентные уравнения) для мгновенных значений и при гармоническом воздействии;
−основы метода комплексных амплитуд;
−законы Ома и Кирхгофа в комплексной форме;
−методику и схемы измерения действующего значения и начальной фаза напряжения и тока для последовательно соединенных элементов.
6
3.2Исследование выполнения законов Ома и Кирхгофа при гармони-
ческом воздействии для последовательного соединения катушки индуктивности L и резистора R1.
3.2.1Рассчитать ток и напряжение на элементах RL-цепи. Расчетная схема, обозначения элементов и условно положительные направления напряжений и тока представлены на рис.3.1а). Начальную фазу
напряжения U& ÂÕ принять равной нулю. Результаты расчета занести в таблицу 3.1.
Таблица 3.1 Последовательное соединение RL. |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
Частота f = __________Гц, |
|
|
UВХ=1В |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
UR1, |
|
|
|
ϕURº |
|
UL, |
|
ϕULº |
|
|
I, |
|
|
|
|
ϕIº |
R1, |
|
|
|
L, |
ωL, |
|||||||||||||
|
|
|
В |
|
|
|
|
|
|
|
В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
mA |
|
|
|
|
|
Ом |
|
|
|
мГн |
Ом |
||||
расчет |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1000 |
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
эксперимент |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Расчетные соотношения: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
& |
|
|
|
& |
|
|
|
|
jω L |
|
|
|
|
|
|
|
& |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ω L |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
UL |
= |
U |
ÂÕ |
|
R + jω L |
; |
|
|
|
|
UL |
|
|
= Uâõ |
|
|
|
|
|
|
; |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R2 + ω 2 L2 |
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
ϕ UL = |
90o − arctg ω L ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
|
|
|
|
|
||||||
& |
|
|
|
& |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
& |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
UR |
= |
UÂÕ |
R + jω L |
; |
|
|
|
|
|
UR |
|
= Uâõ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R2 + ω 2 L2 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
ϕ UR = |
− arctg ω L |
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
& |
|
|
|
|
|
R |
|
|
|
|
UÂÕ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
I& = |
|
UR |
; |
I& |
= |
|
|
|
|
|
|
; ϕ |
I = ϕ UR |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
R2 + ω 2 L2 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.2.2Измерить значения напряжений и начальных фаз (комплексные напряжения) на элементах последовательного соединения катушки индуктивности L и резистора R1. Схема измерения модуля и фазы
напряжения U& L представлена на рис.3.2.
7
|
|
Исследуемая |
|
|
|
1 |
цепь |
|
2 |
|
|
|
||
Генератор |
f |
R1 |
L |
V |
Г3-53 |
|
|
||
выход |
|
|
3 |
|
|
опорный |
ϕ |
|
сигнал |
Рисунок 3.2
Сборка измерительной установки:
−Соединить нулевые провода генератора Г3-53, фазометра, вольтметра и мультиметра с шиной панели.
−Выход генератора подключить к сигнальной шине панели (красные клеммы). К этой же шине подключить оба входа фазометра («опорный» и «сигнал»), вход мультиметра, переведенного в режим измерения частоты f, и вход вольтметра.
−На генераторе после настройки на нулевые биения, установить за-
данную частоту f и напряжение порядка 1−1,5 В. Убедиться, что фазометр фиксирует разность фаз, равную нулю. Измерительная установка к работе готова.
3.2.3Измерить модуль и начальную фазу напряжения на индуктивности (рис.3.2).
−Соединить перемычкой гнездо 3 с шиной (т.е. «заземлить» свободный вывод катушки индуктивности).
−Соединить перемычкой гнездо 1 этой же схемы с сигнальной шиной. Установить входное напряжение 1В.
−Отсоединить вход «сигнал» фазометра и вход вольтметра от сигнальной шины и подсоединить их к гнездам 2. Вольтметр
покажет напряжение на индуктивности, фазометр − начальную фазу этого напряжения.
Измеренные значения напряжения UL и начальной фазы ϕUL занести в таблицу 3.1.
8
3.2.4Измерить модуль и начальную фазу напряжения на сопротивлении R1. Схема измерения представлена на рис.3.3.
|
|
Исследуемая |
|
|
3 |
L цепь |
2 |
Генератор |
f |
R1 |
V |
Г3-53 |
|
||
выход |
|
1 |
|
|
опорный |
ϕ |
сигнал |
Рисунок 3.3
Для измерения комплексного напряжения на сопротивлении R1 достаточно поменять в схеме рис.3.2 местами выводы 3 и 1 RL-цепочки:
гнездо 1 соединить перемычкой с шиной , а гнездо 3 соединить перемычкой с сигнальной шиной. Вольтметр и фазометр зафиксируют соответственно модуль и начальную фазу напряжения на сопротивлении R1. Показания приборов
1)занести в таблицу 3.1;
2)использовать для вычисления модуля и начальной фазы тока. Вычисленные величины для тока так же занести в таблицу 3.1.
Замечание: с другим способом измерения комплексного напряжения на элементах можно ознакомиться, изучив методические указания к данной работе.
3.2.5Используя измеренные величины, вычислить индуктивность L, построить топографическую векторную диаграмму напряжений («треугольник напряжений») и изобразить вектор тока. Начало координат тока и напряжения совместить. Масштаб напряжения 0,2В/см, масштаб тока 0,2мА/см.
Сделать выводы о выполнении закона Кирхгофа в комплексной форме для последовательного соединения RL и закона Ома для индуктивности.
9
3.3Исследование выполнения законов Ома и Кирхгофа при гармони-
ческом воздействии для последовательного соединения конденсатора C и резистора R1.
3.3.1Рассчитать ток и напряжение на элементах RC-цепи. Расчетная схема, обозначения элементов и условно положительные направления напряжений и тока представлены на рис.3.1б). Начальную фазу
напряжения U& ÂÕ принять равной нулю. Расчетные соотношения:
|
|
|
|
|
|
& |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
UÂÕ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
& |
|
|
|
|
|
UÂÕ |
|
|
|
|
|
|
|
|
& |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
UC |
= |
1+ |
jω RC |
; |
|
|
|
UC |
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
; |
ϕ UC = |
− arctgω RC; |
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
1+ (ω RC)2 |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
& |
|
|
& |
|
|
|
jω RC |
|
|
|
|
|
|
|
|
UÂÕω RC |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
UR |
= UÂÕ |
1+ jω RC |
; |
|
|
UR |
= |
|
|
|
|
|
|
|
; |
ϕ UR = |
90° − arctgω RC; |
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
1+ (ω RC)2 |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
& |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
jω C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ω C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
& |
UR |
& |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
& |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
I = |
|
|
R |
= UÂÕ |
1+ jω RC |
|
; |
|
|
I |
= UÂÕ |
|
|
|
|
|
; |
ϕ I = ϕ UR . |
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
1+ (ω RC)2 |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
Результаты расчета занести в таблицу 3.2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
Таблица 3.2 |
|
|
|
Последовательное соединение RC. |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Частота f = __________Гц, |
|
|
|
|
|
UВХ=1В |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U |
R1 |
, |
|
ϕURº |
|
|
|
U , |
|
|
ϕUCº |
|
I, |
|
ϕIº |
|
R1, |
C, |
|
|Z|, |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мк |
|
C |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В |
|
|
|
|
|
|
|
В |
|
|
|
|
|
|
|
мА |
|
|
|
|
|
Ом |
|
Ом |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ф |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
расчет |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1000 |
0,03 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
эксперимент |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.3.2Выполнить для RC-цепи все пункты программы измерений, проведенные ранее для RL-цепи. По результатам измерений рассчитать емкость C и построить векторные диаграммы напряжений и тока, убедиться в выполнении закона Кирхгофа для последовательного соединения RC и закона Ома для емкости в комплексной форме.
3.4Исследование выполнения законов Ома и Кирхгофа при гармоническом воздействии для последовательного соединения сопротивлений R1 и R4.
3.4.1Рассчитать ток и напряжение на элементах RR-цепи.
10
Расчетная схема, обозначения элементов и условно положительные направления напряжений и тока представлены на рис.3.1в). Сопротив-
ления R1=R4=1кОм. Начальную фазу напряжения U& ÂÕ принять равной нулю.
Расчетные соотношения:
UR1 = UÂÕ |
R1 |
|
; |
UR4 = UÂÕ |
|
R4 |
; |
|
|||||
R1+ R4 |
R1+ R4 |
|
|||||||||||
I = UÂÕ |
1 |
|
|
; |
|
ϕ UR1 = ϕ UR4 = ϕ I = 0. |
|
|
|||||
R1+ R4 |
|
|
|
|
|||||||||
Результаты расчета занести в таблицу 3.3. |
|
|
|
||||||||||
Таблица 3.3 |
|
Последовательное соединение RR. |
|
||||||||||
|
|
Частота f = __________Гц, |
UВХ=1В |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
UR1, |
ϕUR1º |
|
UR4, |
ϕUR4º |
I, |
ϕIº |
R1, |
R4, |
||||
|
В |
|
|
|
|
В |
|
мA |
|
Ом |
Ом |
||
расчет |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1000 |
1000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
эксперимент |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.4.2Выполнить для RR-цепи все пункты программы измерений, проделанные для RL-цепи. Построить векторные диаграммы напряжений и тока, убедиться в выполнении закона Кирхгофа и закона Ома в комплексной форме.
3.5 Выводы по работе
Сделать итоговые выводы по результатам работы. В выводах четко зафиксировать фазовые сдвиги между напряжением и током на отдельных элементах:
−на сопротивлении,
−на индуктивности,
−на емкости,
подчеркнув, что именно отстает (опережает).
Сопоставив данные измерений на разных частотах в бригаде, сделать вывод о фазовом сдвиге тока относительно общего, т.е. входного напряжения в схеме RL; в схеме RC.