Генератор гармонических сигналов Г4-42

В.П. Литвиненко

 

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

ПО ТЕОРИИ ЦЕПЕЙ

 

Учебное пособие

 

 

Воронеж 2013

 

ГОУВПО «Воронежский государственный

технический университет»

 

В.П. Литвиненко

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

ПО ТЕОРИИ ЦЕПЕЙ

Утверждено Редакционно-издательским советом

университета в качестве учебного пособия

Воронеж 2013

УДК 621.372

  Литвиненко В.П. Лабораторный практикум по теории цепей: учеб. пособие / В.П. Литвиненко. Воронеж: Воронеж. гос. техн. ун-т, 2013. 114 с.

 

  Учебное пособие предназначено для выполнения лабораторных работ. В нем приведены описание измерительных приборов, лабораторные задания и правила их выполнения. Предложен комплекс моделирующих программ и задания по исследованию сигналов и цепей с помощью программ схемотехнического моделирования MicroCAP и WorkBtnch, приведены указания по их применению. Даются примеры применения пакета программ MathCad для расчетов сигналов и цепей.

  Издание соответствует требованиям Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 210400 «Радиотехника», профилю 210400.62 «Радиотехнические средства передачи, приема и обработки сигналов », дисциплинам "Основы теории цепей" и "Дополнительные разделы теории цепей" очной формы обучения.

      

  Табл. 37. Ил. 55.  Библиогр.: 8 назв.

 

  Научный редактор доцент Б.В. Матвеев

 

Рецензенты: кафедра радиотехники и антенно-фидерных устройств Военного авиационного инженерного университета (зав. кафедрой,

                  канд. техн. наук, доц. В.П. Дунец);

                  канд. техн. наук Н.Т. Хакимов.

 

 

Ó Литвиненко В.П., 2013.

Ó Оформление.ГОУВПО «Воронежский

государственный технический университет, 2013.

ВВЕДЕНИЕ

 

Экспериментальные работы являются важнейшей составляющей изучения электрических цепей и действующих в них сигналов. При этом прежде всего необходимо освоить измерительные приборы и методику проведения расчетов и измерений характеристик цепей и сигналов [1-5].

В пособии приведено краткое описание комплекса измерительных приборов (генератора сигналов, вольтметра, осциллографа и лабораторного стенда), методики их калибровки и проведения измерений.

Для проведения экспериментальных исследований в пособии представлены задания по лабораторным работам (схемы цепей, описания сигналов, порядок выполнения экспериментов). Приводятся правила оформления отчета о проделанной работе.

Современные средства вычислительной техники позволяют проводить разнообразные исследования сигналов и цепей методами имитационного моделирования. Они обеспечивают высокую степень соответствия результатов моделирования и экспериментальных работ, что позволяет использовать моделирование для проверки лабораторных исследований. Кроме того, моделирование дает возможность существенно расширить и углубить процесс изучения цепей и сигналов.

Учебное пособие ориентировано на использование простейших моделирующих программ MicroCAP и WorkBench [6,7]. Можно использовать и более сложные и мощные программные комплексы ORCAD или DesignLab. При проведении расчетов сигналов и цепей предлагается использовать пакет программ MathCad.

Совместное использование экспериментальных работ и имитационного моделирования позволит существенно повысить качество изучения материала и глубину освоения современных средств вычислительной техники.

3

ТРЕБОВАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

 

Целью лабораторного практикума является экспериментальное изучение физических процессов в радиотехнических и электронных устройствах, освоение методов их схемотехнического моделирования и исследования, закрепление полученных теоретических знаний, овладение техникой простейших измерений. Перед началом лабораторной работы студент должен выполнить домашнее задание.

Д о м а ш н е е з а д а н и е состоит из двух частей:

1) подготовки теоретического материала, решения задач по соответствующей теме;

2) оформления "заготовки" отчета по лабораторной работе.

З а г о т о в к а о т ч е т а оформляется в тетради или на отдельных скрепленных между собой листах формата А4 с указанием Ф.И.О. и группы студента, названия лабораторной работы. Затем следуют разделы, в которых описываются результаты проведенных расчетов и экспериментов, приводятся схемы цепей, заготовки таблиц и графиков на миллиметровой бумаге, которые будут заполняться в ходе эксперимента. После каждого пункта лабораторного задания оставляется свободное место для необходимых вычислений и обязательных выводов. Заготовка отчета оформляется в соответствии с требованиями стандарта ВГТУ [4].

Разбиение материала на разделы производится студентом самостоятельно. Один раздел может охватывать один или несколько близких по смыслу пунктов задания. Раздел может разбиваться на подразделы, каждый из которых соответствует пункту лабораторного задания или его части. В конце отчета оставляется место для заключения (общих выводов) по работе (например, о применимости законов Ома и Кирхгофа).

Ниже показан пример оформления заготовки отчета.

 

4

                    ИВАНОВ И.И.      РТ-ХХХ

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2

ГАРМОНИЧЕСКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ И ТОК В ЭЛЕМЕНТАХ ЦЕПИ R, L, C И ИХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОМ СОЕДИНЕНИИ

 

ВВЕДЕНИЕ (цель работы, постановка задачи, методика выполнения)

 

1. РАСЧЕТ СОПРОТИВЛЕНИЙ (название раздела)

 

В схеме цепи, показанной на рис.1, вычислим реактивное сопротивление индуктивности

.

 

 Результаты измерений приведены в табл.1

                                 Рисунок

 

Рисунок 1.- Схема исследуемой цепи (название)

 

Таблица 1. Сопротивления элементов цепи (название)

R Ом	Ом	Ом	Ом

 

Если необходимо, оставляется место для лабораторных расчетов с  указанием  формул  и  будущих  выводов   после

каждого пункта лабораторного задания (как видно из графика на рис.2.......).

Заключение содержит краткие общие выводы по лабораторной работе, объединяющие выводы, сделанные ранее по каждому пункту лабораторного задания.

5

Приведенные рисунки и таблицы сопровождаются названиями. В тексте ссылки на рисунки и таблицы записываются сокращенно (рис.1, табл.2). Другие сокращения слов стандарт запрещает.

Оформление заготовки отчета дает возможность студенту продумать ход будущей лабораторной работы и оформить отчет по ней без больших затрат времени непосредственно на занятии. По окончании эксперимента студент завершает оформление отчета, делает выводы, пишет заключение и предъявляет отчет преподавателю для проверки и сдачи зачета. Зачет предполагает объяснение полученных экспериментальных результатов, ответы на теоретические вопросы и решение задач, связанных с тематикой проведенных исследований.

При не выполненном (хотя бы частично) домашнем задании студент не допускается к выполнению лабораторной работы. Зачет по проделанной работе должен быть сдан д о   н а ч а л а следующей.

 

 

6

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

 

Генератор сигналов АНР 1001

 

Генератор формирует гармонические, прямоугольные и треугольные сигналы в диапазоне частот от 0,2 Гц до 2 МГц с амплитудой напряжения до 20 В и широким набором возможностей по изменению формы и параметров сигналов. Его внешний вид показан на рис. 2.

Выбор вида сигнала (гармонические, прямоугольные или треугольные импульсы) производится переключателями в правой части передней панели. Левее расположена группа переключателей частотных диапазонов и табло встроенного в прибор электронного частотомера.

В нижней части расположены ручки регулировки парамет-

 

9

ров сигнала. В лабораторных работах необходимо использо-

вать левую (плавная установка частоты) и правую (регулировка амплитуды сигнала), а остальные должны находиться в крайнем левом положении.

 

Рис. 2

 

Назначение остальных органов управления, которые не используются в ходе лабораторных работ, приведено в техническом описании прибора, с которым можно ознакомиться в лаборатории.

  Калибровка прибора не требуется.

  Подготовка к работе. После включения питания тумблером «сеть» выбираются форма сигнала и диапазон частот. Частота сигнала устанавливается ручкой плавной регулировки по показаниям частотомера, а амплитуда – ручкой регулировки уровня.

 

Микровольтметр АВМ-1071

 

Микровольтметр АВМ-1071 предназначен для измерения переменного напряжения с действующим значением от 100 мкВ до 300 В в диапазоне частот до 1 МГц. Внешний вид передней панели показан на рис. 4.

 

Рис. 4

 

  Прибор включается клавишей «Сеть» и через 5 мин.

13

готов к работе (калибровка не требуется).

  Действующие значения напряжения измеряются по двум верхним шкалам с пределом 1 деление (используется на пределах 1 мВ, 10 мВ, 100 мВ, 1 В, 10 В и 100 В) и 3 деления (используется на пределах 300 мкВ, 3 мВ, 30 мВ, 300 мВ, 3 В, 30 В и 300 В). Пределы измерений выбираются с помощью переключателя.

  Входной сигнал подается на вход прибора (разъем расположен в левом нижнем углу). Выход прибора может использоваться для подключения осциллографа.

 

РАБОТА С ПРИБОРОМ

 

  При измерении неизвестного напряжения переключатель пределов измерения установите в положение «300 В» и затем подберите необходимое значение.

 

Лабораторный стенд

 

Лабораторный стенд является нестандартным лабораторным оборудованием и предназначен для фронтального выполнения лабораторных работ по курсам «Основы теории цепей», «Общая электротехника» и «Электротехника и электроника». Внешний вид стенда показан на рис. 7. Для каждой работы используется специальная плата с установленными элементами (на стенд можно установить две платы).

В правой части расположен блок усилителей (БУ), на вход которого подается напряжение от генератора Г4-42. Блок имеет выход «Вых. Е», соответствующий источнику напряжения, и выход «Вых. I», близкий по свойствам источнику тока. Каждый выходной сигнал имеет органы регулировки амплитуды «Е» и «I» соответственно.

19

Рис. 7

 

Ток в исследуемой цепи измеряется миллиамперметром (МА), расположенным в верхней части стенда, его вход расположен рядом с измерительной головкой. Предел измерения выбирается переключателем «Предел».

В правой части стенда находится электронный коммутатор «Эл. К». Он имеет два симметричных (без земляной точки) входа «Вх.1» и «Вх.2» и выход, к которому подключается один канал осциллографа. Отсутствие «земли» на входах коммутатора позволяет подключать их к любым точкам исследуемой цепи и попеременно подавать два гармонических напряжения на осциллограф для измерения сдвига фаз между ними. На верхней панели стенда находится выход электронного коммутатора ЭК для выполнении лабораторной работы «Свободные процессы в линейных цепях».

В правой части стенда расположен переключатель сигнала синхронизации от блока усилителей (БУ) или от электронного коммутатора (ЭК). Синхросигнал подается на вход внешней синхронизации осциллографа.

20

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1

ОЗНАКОМЛЕНИЕ С ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМИ ПРИБОРАМИ

          

Цель работы - ознакомление с измерительными приборами, установленными на рабочем месте, освоение органов управления и правил использования приборов при проведении измерений.

 

ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАДАНИЕ

          

1. Ознакомьтесь с инструкцией по технике безопасности при проведении экспериментальных работ в лаборатории.

2. Получите инструктаж преподавателя о порядке выполнения лабораторных работ, об используемом оборудовании и лабораторном стенде. Освойте назначение всех узлов лабораторного стенда и органов управления.

3. После объяснений преподавателя по методическим указаниям в лаборатории изучите описание, правила подготовки к работе и проведения измерений с помощью приборов и  лабораторного стенда.

4. Установите уровень сигнала на выходе генератора АНР 1001 или Г4-42 равным 0,5 В на частоте 50 кГц. Подключите к выходу генератора осциллограф, установите устойчивое изображение гармонического сигнала на экране и измерьте его амплитуду и частоту. Сравните результаты с установленными данными. Проведите измерения при других параметрах сигнала.

5. Соедините с выходом генератора АНР 1001 или Г4-42 вольтметр и измерьте уровень сигнала. Сравните результат с установленным значением и с результатом осциллографических измерений.

6. Подключите генератор АНР 1001 или Г4-42 к входу усилителя лабораторного стенда и установите уровень сигнала 0,3-0,7 В на частоте 100 кГц. Соедините вольтметр  с  выходом

21

источника напряжения и регулятором уровня установите напряжение источника 1,5 В. Отключите вольтметр и подайте сигнал источника на осциллограф, измерьте параметры сигнала, сравните их с показаниями вольтметра.

7. Подготовьтесь к сдаче устного зачета. Отчет по данной лабораторной работе не оформляется.

 

 

22

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2

РАСЧЕТ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

 

Цель работы - изучить взаимосвязь постоянных токов и напряжений в резистивной цепи.

 

ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАДАНИЕ

 

  1. В схеме цепи, показанной на рис. 8, установите ключи  в положение, соответствующее двоичному коду Вашего номера  по модулю 32  в списке группы (таблица кодов в приложении 1), кодовая запись имеет вид , значения , . Зарисуйте полученный вариант электрической цепи. Значения сопротивлений элементов цепи в Омах определяются выражением

 

,

 

где - номер группы, - номер студента в списке группы, -номер сопротивления в схеме на рис. 8.   Значение ЭДС  источника примите равным 10 В.

 

  2. Постройте модель полученной цепи постоянного тока в программе MicroCAP, проведите моделирование, опишите его в отчете, определите обозначенные на схеме рис. 8 токи , , , ,  и , представьте результаты в табл. 1.

 

  3. Постройте модель той же цепи тока в программе WorkBench, проведите моделирование, опишите его, «измерьте» токи , , , ,  и , занесите их в табл. 1.

23

 

24

Таблица 1

Величина	, мкА	, мкА	, мкА	, мкА	, мкА	, мкА
MicroCAP
WorkBench
Расчет по закону Ома
Номер ответа в АКОС (Тема 25)	1	2	3	4	5	6

 

  4. С помощью закона Ома рассчитайте обозначенные на рис. 8 токи , , , ,  и , полученные значения в микроамперах внесите в табл. 1 и в АКОС, тема 25, согласно табл. 1.

 

  5. Запишите систему уравнений метода узловых напряжений, решите ее в программе MathCAD и вычислите значения напряжений ,  и . Их значения в милливольтах введите в табл. 2 и в АКОС, тема 26, согласно табл. 2.

 

Таблица 2

Величина	, мВ	, мВ	, мВ	P2 мкВт	P6 мкВт	P10 мкВт
Результаты
Номер ответа в АКОС (Тема 26)	1	2	3	4	5	6

 

  6. В программе MicroCAP определите мощности , , и , выделяемые в сопротивлениях , ,  соответственно. Их значения в микроваттах внесите в табл. 2 и в АКОС, тема 26, согласно табл. 2.

 

25

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3

ГАРМОНИЧЕСКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ И ТОК В ЭЛЕМЕНТАХ ЦЕПИ R, L, C И ИХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОМ СОЕДИНЕНИИ

          

Цель работы - изучить взаимосвязь гармонических токов и напряжений в элементах цепи и их последовательном соединении.

 

ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАДАНИЕ

          

1. Подключите к плате исследуемой цепи  (рис. 9) источник напряжения, вольтметр, микроамперметр, коммутатор. Кривыми линиями на рис. 9 показаны соединительные провода с однополюсными вилками. Соедините со стендом генератор АНР 1001 и осциллограф. Откалибруйте измерительные приборы, подготовьте их к измерениям.

На выходе генератора установите такое напряжение, чтобы ток в цепи был равен 1 мА.

Переключатель режимов синхронизации лабораторного стенда установите в положение синхронизации от блока усилителя «БУ » Запишите значения параметров цепи, указанные на плате.

 

2. На частоте f₁ = 40 кГц вычислите реактивные сопротивления емкости X_C, индуктивности X_L и полное сопротивление последовательной RLC цепи Z. Результаты расчета внесите в табл. 3.

 

      Таблица 3

Сопротивления элементов цепи

R, Ом	XL, Ом	XC, Ом	Z, Ом

26

27

3. Измерьте напряжения и ток в цепи.

3.1. Устанавливая переключатель вольтметра на сменной панели стенда поочередно в положения U_R, U_L, U_C, U_R+U_L+U_C, измерьте соответствующие напряжения и ток в цепи I. Результаты занесите в табл. 4.

Таблица 4

Ток и напряжения в цепи

Величина	I, мА	UR, В	UL, В	UC, В	U, В	Uвыч, В	d, %
Измерения
Расчет						-	-

 

3.2. Вычислите, исходя из измеренных значений U_R, U_L, U_C, и занесите в табл. 4 значение напряжения U_выч на последовательном соединении элементов R,L,C. Сопоставьте U и U_выч, определите относительную погрешность d = | U_выч - U | / U. Если ошибка превышает 15-20 %, уточните результаты измерений.

3.3. Для измеренного общего напряжения U и известных сопротивлений элементов цепи (табл. 3) вычислите значения тока I, напряжений на элементах цепи U_R, U_L, U_C и внесите их в табл. 2. Сравните результаты расчетов и измерений.

3.4. По величинам U и I определите полное сопротивление цепи Z_изм и сопоставьте его с вычисленным значением Z из табл. 3. Определите относительную погрешность определения сопротивления d_z = | Z - Z_изм | / Z_изм.

 

4. Измерьте фазовые соотношения между гармоническими колебаниями в цепи.

4.1. Переключатель установите в положение «U_R+U_L+U_C».

 

28

4.2. Подайте на входы коммутатора напряжений опорный сигнал (напряжение источника U) и напряжение на резисторе U_R. Осциллограф подключите к выходу коммутатора и установите режим внешней синхронизации от блока усилителей БУ.

Получите устойчивое изображение на экране двух гармонических колебаний, сдвинутых во времени.

Разберитесь, какой осциллограмме соответствует напряжение U, а какой U_R. Измерьте по экрану период колебаний Т и сдвиг во времени Dt_R напряжения U_R относительно U, определите знак Dt_R (если U_R опережает по фазе U, то величина Dt_R отрицательна, а иначе положительна).

Определите сдвиг фаз j_R между U_R и U по формуле

j_R=-w´Dt_R.

Результат занесите в табл. 5.

4.3. Вместо U_R подайте на вход коммутатора напряжение на индуктивности U_L и аналогично предыдущему измерьте смещение по времени Dt_L и сдвиг фаз j_L между U_L и U. Результат внесите в табл. 5.

Таблица 5

Фазовые соотношения

Сдвиг фаз	jR, рад	jL, рад	jC, рад
Эксперимент
Расчет

 

4.4. Аналогично вместо U_L подайте на вход коммутатора напряжение на емкости U_C, измерьте смещение по времени Dt_С и сдвиг фаз j_C между U_C и U, запишите полученное значение в табл. 5.

4.5. Используя значения сопротивлений в табл. 3, проведите расчет сдвигов фаз j_R, j_L, j_C между напряжениями на элементах и общим напряжением цепи, результаты занесите в табл. 3. Сравните результаты.

29

4.5. Полагая начальную фазу источника напряжения равной нулю, определите по результатам измерений из табл. 5 начальные фазы тока y_i в цепи и напряжений на резисторе y_R, катушке индуктивности y_L и конденсаторе y_C. Занесите их в табл. 6.

Таблица 6

Начальные фазы колебаний

ye,  рад	yi, рад	yR, рад	yL, рад	yC, рад
0

 

4.6. По результатам измерений определите сдвиг фаз j между общим напряжением и током в цепи.

4.7. Проанализируйте полученные результаты. При больших (более 15-20 %) погрешностях повторите измерения.

 

5. По результатам измерений в пунктах 3 и 4 с помощью линейки и транспортира постройте векторную диаграмму тока I и напряжений U_R, U_L, U_C, U. Сложите графически векторы U_R, U_L и U_C. Сравните результат с вектором U.

 

6. Тремя способами вычислите среднюю мощность, потребляемую цепью от источника:

P₁ - по величинам напряжения U и тока I с учетом сдвига фаз между ними;

P₂ - по величине тока I и значениям сопротивлений элементов цепи;

P₃ - по значениям напряжений на элементах и их сопротивлениям.

Определите среднее значение потребляемой мощности

 

                        P_ср =(P₁+P₂+P₃)/3.

 

Результаты занесите в табл. 7.

30

Если возникают значительные погрешности, проанализируйте возможные причины.

 

Таблица 7

Потребляемая мощность

P1, Вт	P2, Вт	P3, Вт	Pср, Вт

 

ДЛЯ ПЫТЛИВЫХ

 

7. Увеличьте частоту источника до f₂=80 кГц. Изменяя уровень сигнала источника, добейтесь, чтобы ток в цепи остался прежним.

Измерьте напряжение U на последовательном соединении и сдвиг фаз j между напряжением и током в цепи. По резуПльтатам измерений вычислите модуль полного сопротивления цепи Z и потребляемую мощность P. Результаты занесите в табл. 8 и сравните с полученными ранее на частоте f₁.

 

Таблица 8 

Результаты измерений на частоте f₂

I мА	U В	j рад	Z Ом	P Вт

      

8. При экспериментальном значении напряжения цепи U из табл. 8 на частоте 80 кГц проведите расчет сопротивления цепи Z, тока I, сдвига фаз j и мощности P. Сравните результаты расчета и эксперимента.

 

31

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ

 

1. В цепи (рис.10) с параметрами  r = 5 Ом и L = 27,5 мГн действует напряжение  В. Определите ток  i(t).

 

 

        Рис. 10                 Ответ:  А.

 

2. Амплитуда  общего  напряжения  = 100 В,  частота  f = 50 Гц, но осветительная лампа рассчитана на напряжение =40 В, при котором она потребляет ток =0,2 А (рис. 11 ).

Определите необходимую индуктивность L.

 

        Рис. 11            Ответ: L = 1,46 Гн.

 

3. При разомкнутом ключе ток  в цепи на рис. 12 опережает по фазе приложенное напряжение  на угол 45°. Какова величина угла j при замкнутом ключе?

 

               Рис. 12                       Ответ: j = - 26° 34¢.

 

32

4. В цепи на рис. 13 напряжение  В, амплитуды токов = 15 А,  = 8 А. Определите амплитуду общего тока , полную проводимость цепи  и сдвиг фаз между общими напряжением и током .

Рис. 13

 

Ответ: = 17 А;  Y = 0,142 Сим; j = 28°.

 

5. К реальному источнику напряжения с ЭДС  (рис. 14)  В и внутренним сопротивлением  = 425 Ом подключено последовательное соединение  из  элементов L = 1 мГн и  r = 575 Ом. Определите ток  i(t) и напряжение u(t).

              Рис. 14          Ответ:  мА,

                                                      В.

 

6. На какой частоте  сопротивление показанной на рис. 15 цепи имеет активный характер.

 

Ответ: .

 

              Рис. 15

33

7. В показанной на рис. 16 цепи определите сдвиг фаз  между напряжением на индуктивности  и емкости .

 

Рис. 16

 

Ответ: .

 

8. На каком из рисунков на рис. 17 показаны временные диаграммы тока и напряжений на элементах в показанной на рис. 18 цепи.

 

          1)                        2)                            3)

Рис. 17

 

         Рис. 18                    Ответ: 1.

 

34

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 4

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 5

ПРИНЦИП НАЛОЖЕНИЯ И ТЕОРЕМА

ОБ ЭКВИВАЛЕНТНОМ ИСТОЧНИКЕ

          

Цель работы - экспериментальная проверка применимости метода (принципа) наложения и теоремы об эквивалентном источнике.

          

ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАДАНИЕ

          

1. Подключите генератор к блоку усилителей стенда и осциллограф к электронному коммутатору. Установите уровень сигнала генератора 0,3-0,6 В на частоте 40 кГц. Соедините с платой (рис. 21) источник напряжения (тумблер Т1 поставьте в положение 2), и с помощью вольтметра установите его напряжение равным 3-5 В.

Соедините с платой источник тока, тумблер Т2 поставьте в положение 2, подключите миллиамперметр и установите ток источника равным 0,5-1 мА. Начальную фазу источника тока выберите по собственному усмотрению, установив переключатель в нижней части БУ стенда в положение “y” или “y+p”, где y - начальная фаза источника напряжения.

 

2. Проверьте применимость метода (принципа) наложения.

2.1. К исследуемой цепи, схема которой показана на рис. 19 (переключатель Т3 - замкнут), подключите источники тока (тумблер Т2 - в положении 1) и напряжения (тумблер Т1 - в положении 1).

Измерьте вольтметром напряжение на конденсаторе U_C. На один из входов коммутатора подайте сигнал от источника напряжения, на другой вход - напряжение на конденсаторе, и определите сдвиг фаз между ними.

 

38

Рис. 21. Схема исследуемой цепи

          

Полагая начальную фазу напряжения источника равной нулю, найдите начальную фазу напряжения на конденсаторе y_C. Результаты занесите в табл. 11.

 

Таблица 11

Результаты измерений по методу наложения

UC В	yC, град	UC1, В	yC1, град	UC2, В	yC2, град	UCР, В	yCР, град

 

2.2. Отключите от исследуемой цепи источник тока, установив переключатель Т2 в положение 2. Источник напряжения оставьте включенным в цепь и измерьте создаваемое им напряжение U_C1 на конденсаторе.

Аналогично предыдущему определите его начальную фазу y_C1. Результаты запишите в табл. 11.

39

2.3. Отключите от цепи источник напряжения (тумблер Т1 - в положении 2) и включите источник тока (тумблер Т2 - в положении 1). Как и в пункте 2.2, измерьте напряжение на конденсаторе U_C2, создаваемое источником тока, и его начальную фазу y_C2 , результаты внесите в табл. 11.

2.4. Сложите измеренные напряжения на конденсаторе, создаваемые отдельно источниками напряжения и тока. Суммарное напряжение U_CР и его начальную фазу y_CР запишите в табл. 11.

Сравните результаты расчета и эксперимента. Если погрешность превышает 15-20 %, повторите измерения.

 

3. Проверьте применимость теоремы об эквивалентном источнике напряжения.

3.1. Подключите к исследуемой цепи оба источника (оба тумблера Т1 и Т2 - в положении 1). В табл. 12 занесите измеренные в пункте 2.1 значения напряжения на конденсаторе U_C и его начальной фазы y_C.

 

Таблица 12

Результаты измерений по теореме об эквивалентном источнике

UC, В	yC, (°)	Uхх, В	yхх, (°)	Iкз, мА	Rэ, Ом	UCР, В	yCР, (°)

 

3.2. Тумблером Т3 отключите конденсатор от исследуемой цепи. Измерьте напряжение холостого хода U_хх в точках подключения конденсатора и его начальную фазу y_хх . Затем к тем же точкам подключите  микроамперметр  и  измерьте  ток

короткого замыкания I_кз. Отключите от цепи оба источника (тумблеры Т1 и Т2 - в положении 2) и прибором В3-26 определите внутреннее сопротивление R_э полученной пассивной резистивной цепи. Результаты внесите в табл. 12.

40

3.3. Рассчитайте величину внутреннего сопротивления R_эр=U_хх/I_кз, сравните ее с R_э. По измеренным параметрам эквивалентного источника U_хх и R_э по теореме вычислите напряжение на конденсаторе U_CР и его начальную фазу y_CР.

Результаты запишите в табл. 12 и сравните их с измеренными величинами. При возникновении больших погрешностей уточните измерения.

         

ДЛЯ ПЫТЛИВЫХ

          

4. По известным значениям параметров цепи и установленным уровням сигналов источников рассчитайте напряжение на конденсаторе при включении каждого из источников в отдельности. Методом наложения определите напряжение на конденсаторе при действии двух источников. Сравните результаты расчета и эксперимента.

5. При тех же условиях рассчитайте параметры эквивалентного источника напряжения и по теореме определите напряжение на конденсаторе. Сравните расчетные и экспериментальные значения.

6. Проведите схемотехническое моделирование проведенных экспериментальных исследований.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ

 

1. Для  указанного преподавателем варианта  N из табл. 13 выберите номер рисунка схемы цепи и искомый ток, который определите методом наложения.

2. Для указанного преподавателем варианта N по теореме об эквивалентном источнике напряжения рассчитайте ток, заданный табл. 13 для соответствующей схемы цепи.

3. Для указанного преподавателем варианта N по теореме об эквивалентном источнике тока рассчитайте ток, заданный табл. 13 для соответствующей схемы цепи.

41

Таблица 13

N	Рис.	Найти ток	N	Рис.	Найти ток		N	Рис.	Найти ток
1	22.а		5	22.г			8	22.д
2	22.а