Лабораторная работа №2 Исследование линейных электрических цепей переменного тока Часть 1 Исследование RL и RC цепейЧасть 2 Исследование RLC-цепиЧасть 3 Исследование трехэлементного двухполюсника.

Часть 1
Исследование RL и RC цепей
1. Собрать на макете схему, показанную на рис. 2.1, используя гнезда «Выход1» и «Земля» генератора сигналов.
2. Подключить между точками 1А и 2А индуктивность L_a и рассчитать частоту сигнала генератора f_1, при которой реактивное сопротивление индуктивности равно сопротивлению R10: X_L=2πf_1 L_0=R_10.
3. Подключить милливольтметр V к гнезду 1А, установить выходное напряжение ГС равное 1 В, а частоту ГС 〖0.1f〗_1. Входы U_0 и U_c фазометра подключить к выходу генератора (гнездо 1А), и регулировкой «Установка нуля» получить нулевое показание фазометра.
4. Переключить вход U_0 фазометра на точку 2А к сопротивлению R10, вход U1 оставить подключенным к сигнальному выходу ГС (гнездо 1А). При этом фазометр измеряет разность фаз между напряжением и током, причем опорным сигналом является напряжение на R10, пропорциональное току.
5. Изменяя частоту ГС ручками «Частота грубо» и «Частота плавно» в пределах от 0.1f_1 до 10f_1, измерить вольтметром для 9 точек: напряжения в точках 1А и 2А для указанных в таблице 2.1 значений фазы фазометра Ф. Результаты записать в таблицу 2.1.
6. Наблюдать форму сигналов и временной сдвиг на осциллографе.
7. Включить между точками 1А и 2А емкость C_a и рассчитать частоту сигнала генератора f_2, при которой реактивное сопротивление емкости равно сопротивлению R10: X_C=1/(2πf_0 C_a )=R_10.
Изменяя частоту ГС в пределах от 0.1f_2 до 10f_2, повторить измерения п.5. Результаты занести в таблицу 2.2, аналогичную таблице 2.1.
Часть 2
Исследование RLC-цепи
Включить между точкам и 1А и 2А последовательно индуктивность L_a и емкость C_a. Изменяя частоту ГС, найти максимальное напряжение на сопротивлении R10. Частота сигнала при этом будет близка к резонансной, а разность фаз между током и напряжением в цепи близка к нулю. Записать значение резонансной частоты f_p. Измерить значения напряжений U_1 и U_2 и фазы при изменении частоты от 2 кГц до 20 кГц. Результаты занести в таблицу 2.3, аналогичную таблицам 2.1 и 2.2.
Часть 3
Исследование трехэлементного двухполюсника.
Подключить к точкам 1А и 2А одну из схем трехэлементных реактивных двухполюсников. Установить входное напряжение ГС равным 1В. Измерить значения напряжений U_1 и U_2 и фазы в диапазоне частот от 2 до 20 кГц и результаты занести в таблицу 2.4.

Домашнее задание
1. По экспериментальным данным построить АЧХ и ФЧХ исследуемых цепей.
2. По экспериментальным данным п.7 и п.8 для одной из частот в середине исследованного диапазона рассчитать сопротивление потерь катушки индуктивности R_L и проводимость потерь конденсатора G_C. Для этого надо рассчитать комплексное сопротивление реактивного двухполюсника, включенного между точками 1А и 2А по формуле:
(Z_вх ) ̇=((U_1 ) ̇-(U_2 ) ̇)/I ̇ =((U_1 ) ̇-(U_2 ) ̇)/((U_2 ) ̇/R_10 )=R_10 ((U_1 ) ̇/(U_2 ) ̇ e^jφ-1)
и найти активные составляющие R_L=R_вх и G_C=1/R_вх. Найти добростность катушки Q_L=X_L/R_L и конденсатора Q_C=X_C G_C.
3. Для цепей RL, RC, RLC с учетом потерь в катушке и конденсаторе рассчитать по формулам значения АЧХ и ФЧХ для двух частот внутри исследованного диапазона и сравнить с результатами эксперимента.
4. Для RLC-цепи рассчитать и построить векторную диаграмму тока и напряжений для значения фазового угла φ=+45° и φ=-45°.
5. По данным п.10 для каждой частоты рассчитать по формуле (2.3) комплексное входное сопротивление реактивного двухполюсника, включенного между точками 1А и 2А и модуль входного сопротивления. Результаты записать в таблицу 2.3. Построить частотную характеристику модуля входного сопротивления трехэлементного двухполюсника.
6. По данным таблицы 2.4 построить векторную диаграмму токов и напряжений в цепи. Используя диаграмму, рассчитать значения токов в ветвях трехэлементного двухполюсника.
7. По данным п.12 рабочего задания объяснить причины изменения формы сигнала в цепях RL и RC.
8. Сформулировать и записать выводы по результатам экспериментов и расчета.

Подробное решение в WORD (15 страниц)+файл MathCad

Предварительный просмотр