Материал: Laboratorny_praktikum_po_TOE_2017_zerkalny

ет напряжение U0 на 45°, что соответствует емкостной реакции и временной диаграмме, представленной на рис. 6.2, б.

6.2.Экспериментальные исследования

Для выполнения работы используют катушку индуктивности, конденсатор и набор резисторов. Источником питания служит ГС. Осциллограммы напряжения и тока снимают с помощью осциллографа.

6.2.1.Исследование установившегося синусоидального режима

вRL- и RC-цепях

Соберите схему, изображенную на рис. 6.3, где R01 50 Ом – сопротивление резистора, включаемого параллельно выходу ГС для приближения свойств последнего к свойствам идеального ИН.

I канал осциллографа

C

R01

R

A

II канал осциллографа

Рис. 6.3

Напряжение U0 на выходе ГС установите 2 В, частоту ГС f = 7,5 кГц. Затем измерьте ток I и напряжения UR и UC .

Результаты занесите в табл. 6.1. Далее снимите осциллограмму входного напряжения и тока исследуемой цепи. Укажите, где кривая тока, а где напряжения. По осциллограмме определите угол сдвига фаз напряжения и тока. По данным измерений вычислите R и C и постройте ВД тока и напряжений. Сравните значения угла сдвига, полученные по осциллограмме осц и по ВД

ВД .

36

Те же измерения произведите при частоте f = 15 кГц, результаты занесите в табл. 6.1; снимите осциллограммы напряжения и тока, определите R, C и постройте ВД тока и напряжений.

R

A

II канал осциллографа

Рис. 6.4

Вопросы: 1. Почему U0 UR UC ? 2. Почему с ростом частоты значе-

ния I и UR увеличились, а UC и уменьшились? Изменились ли

R и C?

Затем соберите схему, изображенную на рис. 6.4, и повторите все ранее перечисленные операции при частотах f = 7,5 и 3,75 кГц. Сформулируйте вопросы 3, 4, аналогичные 1 и 2, и ответьте на них.

6.2.2. Исследование установившегося синусоидального режима в RLC-цепи

Соберите схему, изображенную на рис. 6.5. На выходе ГС установите напряжение U0 2 В. По фигуре Лиссажу, полученной на экране осциллографа после включения режима «X-Y», изменяя частоту ГС в пределах 3…12 кГц, определите точку резонанса (при резонансе синусоиды тока и напряжения находятся в фазе, т. е. наблюдаемый эллипс превращается в прямую ли-

37

нию). По осциллограмме вычислите значение резонансной частоты: f0 1T0 , где T0 – период синусоиды.

R

A

II канал осциллографа

Рис. 6.5

Далее снимите осциллограммы входного напряжения и тока исследуемой цепи для трех вышеуказанных частот. По полученным данным постройте ВД, из которых определите значения угла сдвига фаз между входным напряжением и током. Сравните их с соответствующими значениями углов сдвига, полученными по осциллограммам.

Сформулируйте вопросы 5, 6, аналогичные приведенным при исследовании RC-цепи, и ответьте на них.

6.3.Требования к отчету

Отчет должен содержать формулировку цели работы, все разделы экспериментального исследования и заключение. По каждому разделу в отчет необходимо включить его название, схемы для измерений, таблицу опытных данных и расчетных значений, обработанные осциллограммы, ВД с указани-

38

ем масштабов, а также письменные ответы на все вопросы. Заключение должно содержать краткие выводы.

Работа № 7 ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЗОНАНСНЫХ ЯВЛЕНИЙ

В ПРОСТЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ

Цель работы: исследование резонанса и АЧХ последовательного и параллельного колебательных контуров.

7.1.Подготовка к работе

Резонанс – это такое состояние RLC-цепи в установившемся синусоидальном режиме, при котором напряжение и ток на входе цепи совпадают по фазе.

Схемы исследуемых цепей приведены на рис. 7.1. Резонанс в цепи на рис. 7.1, а называют резонансом напряжений, а цепь – последовательным контуром; резонанс в цепи на рис. 7.1, б – резонансом токов, а цепь – параллельным контуром.

При резонансе вещественными становятся комплексное сопротивление

сюда резонансная частота приведенных на рис. 7.1, а, б цепей:

i(t) R

Рис. 7.1

При резонансе модуль проводимости цепи на рис. 7.1, а становится максимальным:

39

Это значит, что при 0 максимальным будет ток:

Напряжения на емкости и индуктивности в цепи на рис. 7.1, а при резонансе компенсируют друг друга и могут быть во много раз больше напряжения источника. Отношение действующего значения напряжения любого из реактивных элементов к напряжению источника при 0 называют добротностью Q последовательного контура:

где ρ – характеристическое сопротивление контура.

Если в режиме резонанса измерены напряжения на входе U и на конденсаторе UC0 , ток I0 и резонансная частота f0 , то из приведенных соотношений можно определить все параметры последовательного контура: сопротивление R из (7.2), добротность Q и характеристическое сопротивление ρ из (7.3), а емкость и индуктивность из (7.1) и (7.3):

Параллельный RLC-контур на рис. 7.1, б дуален последовательному. При резонансе токов максимальным становится модуль его комплексного сопротивления:

Это значит, что при 0 максимальным будет напряжение на входе цепи: