Материал: Laboratorny_praktikum_po_TOE_2017_zerkalny

Установите ток ДП I = 0,3 мА. Затем определите резонансные частоты f1т , f1н , f2т опытным путем, используя фигуры Лиссажу на экране осциллографа. При этом переключатель режима работы усилителя осциллографа установите в положение «II X-Y», а переключатель синхронизации – в положение «X-Y» (можно ручку осциллографа «TIME/DIV» вывернуть против часовой стрелки до упора). Для получения фигур Лиссажу на входы осциллографа необходимо, строго говоря, подать напряжение ДП UАБ и пропорциональное току ДП напряжение UR0 с резистора R0 . Хотя в схеме на рис. 8.3

вместо UАБ к каналу I осциллографа подводится напряжение UАБ UR0 ,

вносимая ошибка невелика, так как R0 много меньше сопротивления ДП. Изменяя частоту ГС в диапазоне f от 0, 2 f1т до 2 f2т , зафиксируйте

частоты, при которых на экране осциллографа эллипс превращается в линию. Это происходит при резонансе, когда синусоиды напряжения и тока ДП совпадают по фазе. Так как при изменении частоты амплитуда напряжения UАБ будет изменяться значительно, то регулируйте усиление канала I так, чтобы весь эллипс умещался на экране осциллографа.

Далее снимите АЧХ ДП. Для этого рекомендуется измерить напряжение на входе цепи UАБ для 3–5 значений частоты между соседними резонансными частотами. Обязательно зафиксируйте минимальные и максимальные значения функции UАБ f и значения напряжения на резонансных частотах.

Значения ФЧХ LC-двухполюсника определите качественно, считая ДП идеальным, т. е. 90 при индуктивном характере ДП (x > 0, см. рис. 8.2) и90 – при емкостном. Постройте графики АЧХ и ФЧХ, сравните их с полученными качественно при подготовке к работе.

Вопросы: 1. В чем отличие частотных характеристик реальной цепи, составленной из катушек индуктивности и конденсаторов, от характеристик идеальных реактивных ДП? 2. Как проконтролировать полученные АЧХ и ФЧХ по эквивалентным схемам цепи при f = 0, f → ∞, f f1т , f f2т ?

51

8.2.2. Исследование частотных характеристик RLC-двухполюсника, в котором резонанс возможен

Соберите схему, изображенную на рис. 8.1, б. Используйте тот из резисторов, при котором на основании расчета по формуле (8.2) возможен резонанс.

Исследуйте АЧХ способом, аналогичным описанному в 8.2.1. Данные измерений в 6–7 точках диапазона f от 0, 2 fр до 2 fр занесите в таблицу.

Затем снимите ФЧХ ДП, для чего подайте на вход I осциллографа напряжение ДП, а на вход II – напряжение UR0 с резистора R0 , пропорцио-

нальное току ДП. Для наблюдения на экране двух сигналов поставьте переключатели «, , » обоих каналов в положение « »; нажмите кнопку «→→», а также кнопку режима синхронизации «внутр. I». Переместите наблюдаемые сигналы так, чтобы они были симметричны относительно центральной горизонтальной линии.

Рекомендуется ручкой «время/дел.» подбирать такой масштаб по горизонтали, чтобы на всех частотах период сигнала соответствовал одинаковому числу делений A1 градуированной шкалы. Разность фаз отсчитайте в делениях A2 шкалы, тогда 360 A2 A1 .

Снимите значения ФЧХ для указанных в таблице частот и с учетом знака φ занесите их в последний столбец таблицы. Обязательно включите в таблицу данные измерения при резонансе и на частоте минимума АЧХ. Вычислите Z j .

Используя графики АЧХ и ФЧХ, изобразите АФХ. Для этого целесообразно определить по графику ФЧХ значения частот, соответствующих неко-

вующие концам вектора Z j Z j e j , на комплексную плоскость.

К полученным таким образом точкам АФХ добавьте точки, определяемые значениями Z j при резонансной, нулевой и бесконечной частотах.

Вопрос 3. Можно ли по частотным характеристикам (АЧХ, ФЧХ, АФХ) определить резонансные частоты ДП? По каким признакам?

52

8.2.3. Исследование частотных характеристик RLC-двухполюсника, в котором резонанс невозможен

Проведите в полном объеме исследования, аналогичные описанным в 8.2.2, используя второй резистор.

Вопросы: 4. В чем причина отсутствия резонанса в исследуемой RLC- цепи и какие из графиков (АЧХ, ФЧХ или АФХ) об этом свидетельствуют? 5. Как проконтролировать АЧХ, ФЧХ и АФХ цепи при f = 0 и f → ∞?

8.3.Требования к отчету

Отчет должен содержать цель работы, все разделы исследований и заключение. По каждому разделу в отчет необходимо включить название, схемы исследуемых цепей, расчетные формулы и результаты расчета, таблицы опытных и расчетных данных, графики АЧХ, ФЧХ и АФХ, письменные ответы на все поставленные вопросы.

Работа № 9 ИССЛЕДОВАНИЕ ИНДУКТИВНО СВЯЗАННЫХ ЦЕПЕЙ

Цель работы: экспериментальное определение параметров двух индуктивно связанных катушек и проверка основных соотношений индуктивно связанных цепей при различных соединениях катушек.

9.1.Подготовка к работе

Схема замещения двух индуктивно связанных катушек, удовлетворительно учитывающая электромагнитные процессы в диапазоне низких и средних частот, представлена на рис. 9.1, где L1, R1 и L2 , R2 – индуктивности и сопротивления соответственно первой и второй катушек; M – их взаимная индуктивность.

Степень магнитной связи двух катушек определяется коэффициентом связи:

В режиме гармонических колебаний (в установившемся синусоидальном режиме) уравнения цепи на рис. 9.1 имеют вид:

I1 R1 M R2 I2

Рис. 9.1

Знак M и xM определяется выбором положительных направлений токов I1 и I2 . Для выбранных направлений токов M 0 , если включение катушек согласное, и M 0 , если включение встречное. Способ включения катушек устанавливается с помощью однополярных выводов, отмеченных «звездочками»: если токи катушек направлены одинаково относительно однополярных выводов (например, как показано на рис. 9.1), то катушки включены согласно; в противном случае включение встречное.

Параметры уравнения (9.2) могут быть определены из двух опытов холостого хода, в одном из которых I2 0, в другом I1 0 ; осуществляют эти опыты размыканием соответствующей пары внешних выводов катушек. Если используют катушки достаточно высокой добротности ( ), то при определении индуктивностей допустимо пренебречь активными сопротивлениями обмоток катушек, т. е. считать R1 0 и R2 0 ; ошибка при этом будет несущественной с точки зрения инженерной практики. Полагая в уравнениях (9.2) сначала I2 0, а затем I1 0 , при условии R1 R2 0 получаем соответственно:

54

На рис. 9.2, а показано последовательное соединение двух индуктивно

включениях катушек.

Если к выводам второй катушки присоединить нагрузочное сопротивление Zн , получим двухобмоточный трансформатор (рис. 9.3). В трансформаторе энергия от источника, включенного в цепь первичной обмотки, передается нагрузке Zн , подключенной ко вторичной обмотке. Эта передача осуществляется без электрической связи между обмотками посредством изменяющегося потока взаимной индукции.

Рассматривая трансформатор как четырехполюсник, можно его передающие свойства характеризовать функциями передачи напряжений и токов. Положив U2 ZнI2 , из уравнений (9.2) при R1 R2 0 получаем:

55