6.2 Лабораторная работа 2.15 б
Цель работы: исследование резонанса напряжений в колебательном контуре. Снятие резонансной кривой. Построения векторной диаграммы напряжений и оценка резонансных свойств колебательного контура.
Описание установки и методики измерений
Переменную ЭДС создает генератор
гармонических колебаний Г при соединении
его выхода с клеммами ГГ лабораторного
модуля (рис.6.8). Элементы контура имеют
выводы на клеммы 1,2,3,4 макета (на клеммы
2-3 выведена индуктивность L
с сопротивлением провода RL).
Подключая к этим клеммам вольтметр
(предел измерения – 1 В, штекеры ВВ,),
можно измерять напряжения на элементах
контура: UR-
(1-2), UL-
(2-3), UR+L-
(1-3), UC-
(3-4). Дополнительное сопротивление в
контуре R=200; 330; 390;
510, 750Ом изменяет и показывает
переключатель П
48
Левая часть уравнении (6.2)
есть сумма напряжений на индуктивности, активном сопротивлении и ёмкости контура. Гармоническое колебание этих напряжений происходит с разными фазовыми сдвигами относительно колебаний тока. На заданной частоте ω при токе в контуре I=Imsinωt соотношение амплитуд и фаз напряжений на элементах контура в момент t=0 наглядно представляет векторная диаграмма (рис.6.2), из которой следует. Что напряжения:
на индуктивности - UL =ωLI, опережающего ток на π/2; (6.5)
на сопротивлении - UR =RI , совпадает по фазе с током; (6.6)
на ёмкости - UC0= I0/ωC, отстаёт от тока на π/2. (6.7)
Для построения векторной диаграммы по измеренным значениям UR, UL, UR+L иUC (рис.4) отложим горизонтально (параллельно оси токов) в удобном масштабе вектор UR, затем из его концов циркулем проведем дуги, радиус которых в том же масштабе равен UL и UR+L, и найдем точку О их пересечения. Из точки О проведем вертикаль. Точка пересечения вертикали с линией вектора UR определяет модули векторов UL и URL,зная которые, а также UC, можно по формулам (6.5),(6.6),(6.7) вычислить величины RL, L и С.
49
Порядок выполнения работы
Задание 1. Снятие резонансных
кривых
1. Получите указание преподавателя о величине сопротивления R. Запишите ее в табл. 6.2. Установите переключателем П заданное R1. Соедините выход генератора с клеммами ГГ, вольтметр с клеммами 1,2. Включите генератор. Величину выходного напряжение генератора UГ подберите так, чтобы при резонансе она была равна ≈2/3 предела измерения.
2. Изменяя частоту генератора (UГ=const), определите резонансную частоту νрез контура при максимальном показании вольтметра Uрез. Затем, изменяя частоту в пределах 0,2 νрез≤ νрез≤5 νрез сделайте не менее 10 измерений UR1. Вблизи резонанса частоту меняйте с минимальным шагом. Величину выходного напряжение генератора UГ и результаты измерений запишите в табл.1
3. Установите заданное R2 и повторите пункт 2 для измерения UR2.
4. Вычислите по закону Ома соответствующие токи в контуре. По полученным данным постройте графики резонансных кривых I ( ν).
Таблица 6.2
UГ= |
ν, кГц |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
νрез кГц |
R1= |
UR1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R2= |
UR2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Задание 2. Построение векторной диаграммы
1. На частоте νд= [1±(0,2÷0,5)] νрез, заданной преподавателем, измерьте напряжения на элементах контура, а также на участке контура R+L.
2.Вычислите по закону Ома ток в контуре при частоте νд Полученные результаты запишите в табл.2.
50
Таблица 6.3
ν, кГц |
UR,В |
UR+L,В |
UL,В |
Uс,В |
I,A |
|
|
|
|
|
|
3. По полученным данным постройте в удобном масштабе векторную диаграмму напряжений в контуре.
4. Пользуясь масштабом, определите значения UL, URL, Uк и угла φ.
5. По формулам (6.5),(6.6),(6.7) вычислите
величины RL,
L, С и
.
Результаты всех расчетов запишите в
таблицу 6.4.
Сравните νрез с , полученным в задании 1
Таблица 6.4.
URL,В |
UL,В |
UC,В |
φ,град |
RL,Ом |
L,Гн |
С,Ф |
|
Q |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Задание 3. Расчет добротности контура
1. По графику I ( ν) определите полосу пропускания 2Δν контура при R1,
2. По формуле (11) рассчитайте и запишите в табл.2 добротность Q контура.