Правила роботи в лабораторiї

ПЕРЕДМОВА

У данiй методичнiй розробцi наведені опис i методика виконання лабораторних робiт з навчальної дисциплiни “Основи теорiї кiл”, яка є однiєю з базових дисциплiн, що забезпечують пiдготовку висококвалiфiкованих спецiалiстiв у областi радiоелектронiки. Запропонованi лабораторнi роботи дозволяють дослiджувати найважливiшi фiзичнi явища та процеси, що протiкають у рiзноманiтних електрорадiотехнiчних колах i забезпечують експериментальну перевiрку основних теоретичних положень даної дисциплiни.

У керiвництвi придiляється велика увага практичнiй сторонi дослiджень: роботi з вимiрювальними приладами, складанню схем вимiрювань, питанням якiсного аналiзу очiкуваних результатiв дослiджень. У ходi виконання лабораторних робiт курсанти повиннi керуватися правилами роботи в лабораторiї, знати правила технiки безпеки й суворо дотримуватися їх виконання.

Лабораторні роботи № 1 – 12 виконуються у навчальному класі Д503, а лабораторна робота № 13 – у навчальному класі Д502.

 

ПРАВИЛА РОБОТИ В ЛАБОРАТОРIЇ

1. До виконання лабораторних робiт допускаються тiльки пiдготовленi курсанти. Готуючись до лабораторного заняття, курсанти зобов’язані повторити необхiдний теоретичний матерiал, дати вiдповiдi на всi контрольнi запитання, розглянути програму роботи, пiдготувати робочий зошит для звiтiв з лабораторних робiт, провести попереднi розрахунки i якiсний аналiз очiку-ваних результатiв, вивчити наведений у керiвництвi стислий опис лабора-торної установки.

2. У лабораторiї курсант повинен ознайомитися з лабораторною установкою, описами вимiрювальних приладiв та iнструкцiєю з технiки безпеки.

3. Лабораторна робота виконується вiдповiдно до завдання та вказiвок, що мiстяться у даному керiвництвi.

4. Звiт з лабораторної роботи оформляється в ходi лабораторного заняття пiсля виконання дослiджень згідно з кожним пунктом завдання.

5. Звiт повинен закiнчуватися стислими висновками за результатами роботи і виконується кожним курсантом iндивiдуально.

6. Курсанти, якi з певних причин не виконували лабораторну роботу, виконують її за дозволу викладача у вiльний вiд занять час.

7. Перевiрка пiдготовленостi курсантiв до лабораторного заняття здій-снюється під час аналізу виконання домашнього завдання та проведення викладачем контрольного опитування.

Лабораторна робота № 1

ВИМIРЮВАННЯ ПАРАМЕТРIВ ГАРМОНIЧНИХ

ЕЛЕКТРИЧНИХ ВЕЛИЧИН

Мета роботи

 

1. Вивчення параметрiв основних вимiрювальних приладiв i порядку роботи з ними.

2. Експериментальне вимiрювання та розрахунок параметрiв гармонiчних електричних величин.

Програма роботи

 

1. Вивчити порядок роботи з генератором сигналiв, цифровим вольтметром та електронним осцилографом.

2. Вимiряти та розрахувати параметри гармонiчної напруги.

3. Визначити фазовий зсув мiж двома гармонiчними сигналами.

4. Побудувати часовi та векторнi дiаграми гармонiчних сигналiв, що до-сліджуються.

 

Пiдготовка до виконання лабораторної роботи

1. За конспектом лекцiй та лiтературою, що рекомендована викладачем, вивчити матерiали роздiлів “Основні визначення теорії кіл” та “Основнi поняття та визначення гармонiчних електричних величин”.

2. Ознайомитися з лабораторною установкою, для чого вивчити роздiл “Опис лабораторної установки” даних методичних вказівок та у дод. 1.1.

3. Вивчити стислi описи вимiрювальних приладiв і методи вимiрювань, якi використовуються у роботi (дод.1.2).

4. У робочому зошитi для лабораторних робiт знайти заготовку для вiдповiдного звiту i занести туди мету та програму роботи.

5. У графi “Домашнє завдання” робочого зошита записати в аналiтичнiй формi вирази для конкретних гармонiчних електричних величин у виглядi миттєвої напруги та струму з довiльними параметрами. Зобразити їх часовi дiаграми, визначити рiзницю фаз мiж напругою та струмом, а також їх дiючi значення.

Перейти до миттєвих комплексiв цих гармонiчних величин, записати їх комплекснi амплiтуднi та дiючi значення i зобразити векторнi дiаграми.

Опис лабораторної установки

 

Універсальна лабораторна установка складається з базового блока, в якому розміщені електронний осцилограф, генератор сигналiв, цифровий вольтметр та змінний блок, де змонтовані електрорадіокола, що досліджуються у конкретній лабораторній роботі.

Стислий опис i порядок роботи з вимірювальними приладами а також інформація про змінні блоки наведенi у дод. 1, яким можна користуватися в процесі виконання лабораторної роботи.

Крім того, на корпусі лабораторної установки закріплено генератор імпульсів, за допомогою якого досліджуються часові характеристики електрорадіокіл.

При виконанні лабораторної роботи № 1 використовується змінний блок 1, зображення передньої панелі якого наведене у дод. 1.1 та на рис. 1.1 опису цієї лабораторної роботи.

Схеми, які зображені на цій панелі, використовуються в основному при виконанні лабораторних робіт № 2 і № 9. Але одна з двох схем пасивних чотириполюсників, які зображені на правій половині передньої панелі змінного блока 1, може бути задіяна в процесі виконання лабораторної роботи № 1 при вимірюванні різниці фаз між двома гармонічними напругами однакової частоти.

 

 

Рис. 1.1. Зображення передньої панелі змінного блока 1

 

Разом з тим, за допомогою тумблера “Мережа”, який розташований на передній панелі змінного блока, здійснюється підключення живлення до всіх вимірювальних приладів універсальної лабораторної установки.

Порядок виконання роботи

1. Користуючись стислим описом вимiрювальних приладiв, наведеним у дод. 1.2, пiдготувати генератор сигналiв, цифровий вольтметр i осцилограф до роботи, пiдключити їх до мережi живлення за допомогою тумблера “Мережа”, який знаходиться на передній панелі змінного блока 1, і дати їм можливість прогрiтися протягом 5 – 10 хвилин. Якщо при цьому на передній панелі змінного блока засвітиться червоний світлодіод, то це свідчить про можливість вимірювати за допомогою цифрового вольтметра діюче значення змінного струму, а для отримання можливості вимірювання діючого значення змінної напруги треба натиснути кнопку “ U ”.

У будь-якому варіанті перемикач, що знаходиться на передній панелі вольтметра В7-32, повинен бути в положенні “ U _~”. У цьому випадку на обидва входи осцилографа та на вхід цифрового вольтметра буде подано сигнал з виходу генератора сигналів.

2. Встановити на виходi генератора гармонiчну напругу з амплiтудою 3…5 В i частотою 10 кГц.

Значення виміряної за допомогою вольтметра діючої (середньоквадра-тичної) гармонічної напруги генератора і виміряних за допомогою ослило-графа амплітуди та періоду цієї напруги занести до табл. 1.1.

Аналогічні вимiрювання здiйснити ще для трьох рiзних значень частоти настроювання генератора сигналiв, які вказані в табл. 1.1.

Результати цих вимiрювань також занести до табл. 1.1.

 

Таблиця 1.1

Параметри, що вимірюються та розраховуються	Частота f ген, Гц
f 1	f 2	f 3	f 4
10×10^3	15×10^3	20×10^3	25×10^3
Um, В
T вим, мс
U, В
U сер, В
f вим, Гц
ω, рад/с
Δ t с, мс
Δj = ω·Δ t с, рад
Δj, град
Δ f, Гц
δ f

3. За результатами вимiрювань, що виконані згiдно з п. 2, оцiнити точ-нiсть виконання спiввiдношення U = , розрахувати середнє значення гармонiчної напруги U _сeр = (2/π)∙ U_m, а також визначити значення циклiчної
f = 1/ T i кутової w = 2π/ T = 2π× f частоти сигналу.

Результати обчислень занести до табл. 1.1.

4. Для вимiрювання часового та фазового зсуву мiж двома гармонiчними електричними величинами однакової частоти використатити схему, що наведена на рис. 1.2 i являє собою пасивний чотириполюсник, який змонтований у змінному блоці 1.

5. Установити на виході генератора гармонічну напругу з частотами, які вказані у табл. 1.1, та амплітудою 3…5 В, а на змінному блоці лабораторної установки натиснути кнопку “ U _вих”, яка розташована зліва під схемами пасивних чотириполюсників. При цьму вихідна напруга чотириполюсника, зображеного на рис. 1.2, буде підключена на вхід другого каналу осцилографа, а на вході першого каналу цього приладу біде діяти вхідна напруга чотириполюсника, тобто вихідна напруга генератора сигналів.

6. За допомогою двоканального осцилографа виконати вимiрювання часового зсуву мiж гармонiчними напругами на виході та входi чотириполюсника. Розрахувати фазовi зсуви мiж цими сигналами.

Усi результати вимiрювань та розрахункiв занести до табл. 1.1.

Побудувати часовi та векторнi дiаграми для електричного кола, що дослiджується згідно з пп.5 та 6.

7. Користуючись даними табл. 1.1, оцiнити абсолютну та вiдносну по-хибки установки частоти сигналу на виходi генератора, якщо абсолютна похибка визначається спiввiдношенням

 

∆ f = │ f _ген – f _вим│,

а вiдносна

δ f = .

 

Результати розрахункiв занести до табл. 1.1.

 

Змiст звiту

 

1. Мета i програма роботи.

2. Результати, одержанi в процесi пiдготовки до виконання роботи.

3. Схема досліджуваного пасивного чотириполюсника з підключеними до нього вимірювальними приладами, виконана у відповiдностi до дiючих стандартів.

4. Результати дослiджень у виглядi таблиць, розрахункiв, часових i векторних дiаграм.

5. Стислi висновки за результатами виконаної роботи.

 

Контрольнi запитання та завдання

 

1. Для чого призначені генератор сигналiв, цифровий вольтметр та двоканальний електронний осцилограф?

2. Яким чином можна встановити на виходi генератора сигналiв гармо-нічну напругу заданої амплiтуди та частоти?

3. Якi параметри сигналiв можна вимiряти за допомогою двоканального або двопроменевого осцилографа?

4. Яким чином вимiрюються амплiтуднi та дiючi значення гармонiчних напруг і струмiв?

5. Зобразити функцiональну схему установки, що дозволяє вимiрювати рiзницю фаз мiж двома гармонiчними величинами однакової частоти.

6. Який зв’язок існує мiж миттєвими гармонiчними електричними величинами та миттєвими комплексами цих величин?

7. Дати визначення часових та векторних дiаграм гармонiчних сигналiв.

8. Що таке комплексна амплiтуда гармонiчної електричної величини?

9. Записати комплексну амплiтуду довільної гармонiчної напруги або струму в алгебраїчнiй, показниковiй та тригонометричнiй формах.

10. Яким чином переходять вiд миттєвих гармонiчних струмiв i напруг до миттєвих комплексів та навпаки?

11. Яким чином переходять вiд алгебраїчної форми запису комплексної амплiтуди гармонiчної величини до показникової та навпаки?

12. Визначити всі параметри миттєвого гармонічного струму мА.

13. Записати комплексну амплітуду та миттєвий комплекс миттєвої напруги В.

14. Визначити струми через індуктивність та ємність, якщо на цих елементах діє напруга В.

15. Визначити різницю фаз та часовий зсув між миттєвими напругою та
струмом пасивного двополюсника, якщо мА, а

Лабораторна робота № 2

ПАСИВНИХ ЕЛЕМЕНТIВ КОЛА

Мета роботи

 

1. Вивчення методики експериментального визначення комплексних опорiв пасивних елементiв кола.

2. Розрахунок параметрiв резистора, конденсатора та котушки індуктивності за результатами експериментальних досліджень.

 

Програма роботи

 

1. Вимiряти необхідні електричні величини та розрахувати повнi опори пасивних елементiв кола.

2. Вимiряти фазовi зсуви мiж напругою та струмом для резистора, конденсатора і котушки індуктивності.

3. Знайти комплекснi опори резистора, конденсатора та котушки індуктивності, розрахувати активні та реактивні складові цих опорів і визначити номiнальнi значення параметрiв пасивних елементів. Оцiнити якiсть реак-тивних елементiв.

4. Побудувати залежностi від частоти повних опорів, фазових зсувів між напругою та струмом, а також активних та реактивних складових комплексних опорiв пасивних елементiв.

 

Пiдготовка до виконання лабораторної роботи

 

1. За конспектом лекцiй i лiтературою, що рекомендована викладачем, вивчити матерiали роздiлів “Закони Ома та Кірхгофа в дійсній та комплексній формі” і “Пасивні елементи електричних кіл при гармонічній дії”.

2. Врахувати, що при виконаннi лабораторної роботи № 2 використовуються тi самi вимiрювальнi прилади i той самий змінний блок, що й при виконаннi попередньої роботи.

3. У робочому зошитi для лабораторних робiт знайти заготовку для вiдповiдного звiту i внести туди дані щодо мети та програми роботи.

4. У графi “Домашнє завдання” зобразити еквiвалентнi електричнi схеми iдеалiзованих i реальних пасивних елементів електричних кіл, а також часовi та векторнi дiаграми для iдеалiзованих пасивних елементiв.

5. Записати спiввiдношення для комплексних опорiв ідеалізованих па-сивних елементів в алгебраїчнiй i показниковiй формах, а також вирази для повних опорiв та активних i реактивних складових комплексних опорiв цих елементiв.

6. Якiсно побудувати залежностi вiд частоти для повних опорів, а також для активних та реактивних складових комплексних опорiв iдеалiзованих пасивних елементiв.

Опис лабораторної установки

У данiй лабораторнiй роботi використовуються ті самі вимірювальні прилади і той самий змінний блок, що й у попередній роботі. На рис. 2.1 подана передня панель змінного блока 1, ліва частина якої містить схематичне зображення пристрою, призначеного для вимірювання комплексних опорів резистора, конденсатора та котушки індуктивності.

 

 

Рис. 2.1. Зобоаження передньої панелі змінного блока 1

 

У лабораторнiй роботi всi дослiджуванi двополюсники за допомогою перемикачів “ R ”, “ L ” та “ С ” по черзі підключаються послідовно з вимірювальним резистором R _вим, який на передній панелі змінного блока не показаний. Номінальне значення опору вимірювального резистора вибрано таким чином, щоб на будь-якій частоті робочого діапазону виконувалась умова (Z_x – повний опір досліджуваного двополюсника).

 

Порядок виконання роботи

 

1. Користуючись стислим описом вимiрювальних приладiв, наведеним у дод. 1.2, пiдготувати генератор сигналiв, цифровий вольтметр i осцилограф до роботи, пiдключити їх до мережi живлення за допомогою тумблера “Мережа”, який знаходиться на передній панелі змінного блока, і дати їм можливість прогрiтися протягом 5 – 10 хвилин. Якщо при цьому засвітиться червоний світлодіод, то цифровий вольтметр працює в режимі вимірювання змінного струму. Якщо ж треба вимірювати змінну напругу, то слід натиснути кнопку “ U ”.

Для вимiрювання комплексних опорiв пасивних елементiв кола гармонiчного струму використовується схема, яка наведена на рис. 2.2.

2. За допомогою відповідної кнопки (“ R ”, “ L ” або “ C ”) слід включити послiдовно з вимiрювальним резистором R _вим (R _вим = 5 Ом) елемент кола, що дослiджується (резистор R, конденсатор C або котушку індуктивностi L), і натиснути кнопку “ І ”. При цьому на вході першого каналу осцилографа буде діяти вихідна напруга генератора , яка приблизно дорівнює напрузі на досліджуваному елементі, а на вході другого каналу – напруга вимірювального резистора .

3. Встановити на виходi генератора сигналiв напругу u _вх(t) = u ₁(t) з частотою 1000 Гц для резистора R, з частотою 100 Гц – для котушки індуктивності L та з частотою 400 Гц – для конденсатора C і амплітудою близько
= 3 B, що вiдповiдає діючому значенню приблизно = 2,1 В.

Для контролю амплiтуди U_{m 1} або дiючого значення U ₁ вихідної напруги генератора можна скористатися осцилографом або цифровим вольтметром вiдповiдно, а для контролю напруги на вимірювальному резисторі – тільки осцилографом.

4. За допомогою осцилографа вимiряти амплiтудне U_{m 2} значення напруги u ₂(t) на вимiрювальному резисторi. Результати вимiрювань параметрiв напруг u ₁(t) та u ₂(t) занести до табл. 2.1.

5. За допомогою двоканального осцилографа вимiряти величину i визначити знак зсуву фаз мiж напругою i струмом у елементi, що дослiджу-ється. Для цього необхiдно вимiряти рiзницю фаз мiж напругами u ₁(t) та u ₂(t), перша з яких приблизно дорiвнює напрузi на дослiджуваному елементi, а друга збігається за фазою зi струмом, який протікає через цей елемент.

Результати вимiрювань також занести до табл. 2.1.

 

Таблиця 2.1

Елемент кола	Параметри кола	Частота f ген, Гц
f 1	f 2	f 3	f 4	f 5
Резистор, конденсатор або котушка індуктивності	Um 1(U 1), В
Um 2(U 2), В
, град
Z, Ом
Z, Ом
X, Ом
R, Ом
Qx

 

6. Вимiрювання, аналогiчнi проведеним згiдно з пп. 4 та 5, виконати для вхiдного сигналу з iншими частотами в діапазоні 10³…1,2×10⁴ Гц для резистора, в діапазоні 10²…10⁴ Гц для котушки індуктивності та в діапазоні Гц для конденсатора.

Усі результати занести до трьох таблиць, аналогічних до табл. 2.1.

7. Визначити значення повного опору елемента, що дослiджується, на всiх занесених до таблиць частотах, користуючись спiввiдношенням

 

Z = U_{m 1}/ I_m = (U_{m 1}/ U_{m 2})∙ R _вим,

або

Z = U ₁/ I = (U ₁/ U ₂)∙ R _вим.

 

Результати розрахункiв також занести до всіх таблиць.

8. Виходячи з визначених значень повних опорів Z та фазових зсувів між напругою та струмом досліджуваних елементів знайти і занести до таблиць комплексні опори цих елементів, записані у показниковій формі

 

.

 

9. Користуючись формулою Ейлера

 

розрахувати активнi та реактивнi складовi комплексних опорiв дослiджува-них елементів на всiх частотах. Оцiнити якiсть реактивних елементiв, шляхом визначення їх добротності:

 

Q_х = │ X │/ R.

 

10. На основi одержаних результатiв дослiджень побудувати часовi та векторнi дiаграми для всiх дослiджених елементів, частотнi залежностi для повних опорiв та фазових зсувів між напругою та струмом елементiв
Z_R = F (f), , Z_С = F (f), , Z_L = F (f), , а також частотні за-лежностi для реактивних та активних складових комплексних опорiв.

Розрахувати номiнали опору резистора, ємностi конденсатора та iндук-тивностi котушки.

 

Змiст звiту

 

1. Мета i програма роботи.

2. Результати, одержанi в процесi пiдготовки до виконання роботи.

3. Схеми для проведення дослiджень, виконанi у вiдповiдностi до дiючих стандартів.

4. Результати дослiджень у виглядi таблиць, розрахункiв, часових i векторних дiаграм, а також графiкiв одержаних залежностей.

5. Стислi висновки вiдносно результатiв виконаної роботи.

 

Контрольнi запитання та завдання

 

1. Яким чином можна експериментально визначити комплексний опiр пасивного двополюсника?

2. Яким чином у даній роботі можна експериментально визначити пов-ний опiр пасивного двополюсника?

3. Як можна визначити фазовий зсув мiж напругою i струмом у пасивному двополюснику?

4. Якi значення мають фазовi зсуви мiж струмом та напругою в iдеалiзо-ваних пасивних елементах?

5.Чим вiдрiзняються реактивний i ємнiсний опори iдеалiзованої ємностi?

6. У чому полягають вiдмiнностi мiж iдеалiзованими та реальними па-сивними елементами електричного кола?

7. З яких мiркувань вибирають величину опору вимiрювального резистора у схемi для вимiрювання комплексних опорiв елементiв?

8. Зобразити частотнi залежностi реактивних опорiв i провiдностей iдеалiзованих реактивних елементiв кола.

9. Записати вирази для комплексних опорiв i провiдностей iдеальних пасивних елементiв кола в алгебраїчнiй, показниковiй i тригонометричнiй фор-мах.

10. Визначити комплексний діючий струм через ємність С = 0,022 мкФ, якщо миттєва напруга на цій ємності В.

11. Знайти комплексний опір кола, розглянутого у попередній задачі, та побудувати часову і векторну діаграми цього кола.

12. Визначити комплексну амплітуду струму через індуктивність
L = 0,15 мГн, якщо миттєва напруга на цій індуктивності В.

13. Знайти комплексний опір кола, розглянутого у попередній задачі, та побудувати часову і векторну діаграми цього кола.

14. Для електричних кіл, розглянутих у задачах 10 – 13, знайти повні опори, а також активні та реактивні складові комплексних опорів. Якісно побудувати частотні залежності для повних і реактивних опорів.

Лабораторна робота № 3

ДОСЛIДЖЕННЯ ПРОЦЕСIВ У RC - ТА RL -КОЛАХ
ПРИ ГАРМОНIЧНIЙ ДIЇ

 

Мета роботи

 

1. Вивчення методики практичного визначення комплексних опорiв послідовних і паралельних RC - та RL -кiл.

2. Розрахунок параметрiв елементiв RC - та RL -кiл.

 

2. Програма роботи

 

1. Вимiряти повнi опори послiдовних i паралельних RC - та RL -кiл.

2. Вимiряти фазовi зсуви мiж напругою i струмом у послiдовних та паралельних RC - та RL -колах.

3. Розрахувати комплекснi опори i провiдностi послiдовних і паралельних RC - та RL -кiл.

4 Визначити частотнi залежностi повних опорiв та фазових зсувів між напругою і струмом RC - та RL -кiл, побудувати графіки цих залежностей.

5. Знайти активні та реактивні складові комплексних опорів RC - і RL -кiл, побудувати їх частотні залежності та визначити номiнальнi значення параметрiв елементiв цих кіл.

 

Пiдготовка до виконання лабораторної роботи

 

1. За конспектом лекцiй та лiтературою, що рекомендована викладачем, вивчити матерiали роздiлу “Еквiвалентнi перетворення схем замiщення кіл”.

2. Врахувати, що при виконаннi лабораторної роботи № 3 використовуються тi самi вимiрювальнi прилади, що й при виконаннi попереднiх лабораторних робiт, але замість змінного блока 1 використовується змінний блок 2.

3. У робочому зошитi для лабораторних робiт знайти заготовку для вiдповiдного звiту i внести туди дані щодо мети та програми роботи.

4. У графi “Домашнє завдання” зобразити електричнi принциповi схеми послiдовних і паралельних RC - та RL -кiл, що досліджуються в лабораторній роботі.

5. Записати аналiтичнi вирази для комплексних опорiв i провiдностей дослiджуваних RC - та RL -кiл. Записати вирази для модулiв та аргументiв їх комплексних опорів та провідностей.

6. Якiсно побудувати частотнi залежностi для повних опорiв та провід-ностей дослiджуваних RC - та RL -кiл і відповідні залежності фазових зсувів між напругою та струмом, а також зобразити часовi та векторнi дiаграми для цих кiл.

Опис лабораторної установки

У данiй лабораторнiй роботi використовуються ті самі вимірювальні пристрої, що й у попередній, але включено інший змінний блок. На рис. 3.1 зображена передня панель змінного блока 2, схеми 1, 2 та 4 якого використовуються при дослідженні послідовних і паралельних RC - та RL -кіл.

 

 

Рис. 3.1. Передня панель змінного блока 2

 

Зокрема при дослідженні послідовного RС -кола використовується схема 1, при дослідженні послідовного RL -кола – схема 2, а схему 4 підключають у разі дослідження паралельних RC - та RL -кіл. Підключення цих схем до вимірювальних приладів здійснюється за допомогою кнопок 1, 2 та 4, які розташовані вертикально з лівого краю передньої панелі змінного блока.

Крім того, при дослідженні послідовних RC - та RL -кіл за допомогою перемикача “ R 1, R 2, R 3” можна змінювати опори резисторів обох кіл, оскільки R ₁ = 50 Ом, R ₂ = 680 Ом, R ₃ = 360 Ом.

При дослідженні паралельних RC - та RL -кіл використовується схема 4, а відповідні комутації здійснюють за допомогою двопозиційних перемикачів “Вм2”, “Вм3” та “Вм4”, у той час як перемикач “Вм1” постійно перебуває у замкненому стані. При цьому вимірювання струму в нерозгалуженій частині кола здійснюється цифровим вольтметром при натисненій кнопці “ І ” та положенні 1 перемикача ВМ4, а вимірювання струму через реактивні елементи L та С відбувається при натисненні кнопок “ І_L ” або “ І_С ” та положенні 2 цього самого перемикача.

Слід зазначити, що на схемі 4 не показано додатковий резистор R _д, який включено в нерозгалужену частину кола послідовно з джерелом сигналу (генератором Г3-112/1). Цей резистор з номінальним значенням опору
R _д = 33 кОм служить для запобігання шунтуванню паралельного коливального контуру малим внутрішнім опором генератора (R_i = 50 Ом). При до-слідженні паралельних RC -, RL - та RLC -кіл цей додатковий резистор як раз і закорочується за допомогою перемикача “Вм1”.

При дослідженні паралельних RC - та RL -кіл виміряти різницю фаз між напругою і струмом за допомогою осцилографа неможливо, тому для цього слід скористатися векторними діаграмами, які наведені на рис. 3.2 і 3.3.

Оскільки при дослідженні паралельних кіл є можливим вімірювання лише струмів , то з цих векторних діаграм видно, що для паралельного RL -кола зсув фаз між напругою та струмом і дорівнює

 

,

 

а для паралельного RC -кола такий зсув і дорівнює

 

.

 

При цьому абсолютне значення в обох випадках не перевищує

 

Порядок виконання роботи

 

1. Користуючись стислим описом вимiрювальних приладiв, наведеним у дод. 1.2, пiдготувати генератор сигналiв, цифровий вольтметр i осцилограф до роботи, пiдключити їх до мережi живлення за допомогою тумблера “Мережа”, який знаходиться на передній панелі змінного блока 2, і дати їм можливість прогрiтися протягом 5 – 10 хвилин.

2. Шляхом натиснення кнопки 1 на змінному блоці 2 підключити до вимірювальних приладів схему, яка призначена для дослідження послідовного RC -кола.

3. За допомогою перемикача “ R 1, R 2, R 3” включити у послідовне
RC -коло резистор R 3 або R 2 та встановити на виходi генератора сигналiв гармонiчну напругу u ₁(t) з частотою 10 кГц та дiючим значенням U ₁ = 3 В, що вiдповiдає амплiтудi близько U_{m 1} = 4,2 В.

Для контролю амплiтуди U_{m 1} або дiючого значення U ₁ напруги u ₁(t) можна скористатись осцилографом або цифровим вольтметром відповідно.

4. Вимiряти амплiтудне U_{m 3} або дiюче U ₃ значення напруги u ₃(t) на ре-зисторi R 3.

Результати вимiрювань параметрiв напруг u ₁(t) та u ₃(t) занести до табл. 3.1.

5. За допомогою двоканального осцилографа вимiряти величину та визначити знак зсуву фаз мiж напругою та струмом у дослiджуваному
RC- двополюснику.

Для цього необхiдно вимiряти рiзницю фаз мiж напругами u ₁(t) та u ₃ (t), перша з яких приблизно дорiвнює напрузi на дослiджуваному двополюснику, а друга збігається за фазою зi струмом, який протікає через цей двопо-люсник.

Результати вимiрювань занести до табл. 3.1.

6. Вимiрювання, аналогiчнi проведеним згiдно з пп. 4 та 5, реалiзувати для вхiдного сигналу u ₁(t) з iншими частотами, вказаними в табл. 3.1.

 

Таблиця 3.1

Коло, що досліджується	Параметри кола	Частота f ген, кГц
Послідовне RС - або RL -коло	Um 1(U 1), В
Um 3(U 3), В
j, град
Z, Ом
Z, Ом
X, Ом
R, Ом

 

7. Розрахувати значення повного опору дослiджуваного двополюсника на всiх частотах, користуючись спiввiдношеннями

 

Z = U_{m 1}/ I_m = (U_{m 1}/ U_{m 3})∙ R ₃

або

Z = U ₁/ I = (U ₁/ U ₃)∙ R ₃.

Результати розрахункiв занести до табл. 3.1.

8. Виходячи зі значень повних опорів Z та фазових зсувів j між напругою та струмом досліджуваного кола визначити та занести до табл. 2.1 комплексні опори цього кола, записані у показниковій формі:

 

.

 

9. Користуючись формулою Ейлера

.

 

розрахувати активнi та реактивнi складовi комплексного опору RC -дво-полюсника, що досліджується, на всiх частотах. Визначити ємність конденсатора цього двополюсника.

10. Підключити до вимірювальних приладів за допомогою кнопки 2 послідовне RL -коло та провести його дослідження аналогічно до пп. 4 – 9. Частоту вхідного сигналу задавати в такому самому діапазоні частот 10…100 кГц, а результати вимiрювань та розрахункiв занести до таблиці, аналогiчної до табл. 3.1.

11. Підключити до вимірювальних приладів за допомогою кнопки 4 схему для дослідження паралельних RL - та RC -кіл. Ця схема з урахуванням додаткового резистора R _д та перемикачів “Вм1”, “Вм2”, “Вм3”, “Вм4” наведена на рис. 3.4. При цьому верхнє положення відповідних тумблерів на передній панелі змінного блока відповідає замкненому стану перших трьох перемикачів та положенню 1 перемикача Вм4.

За допомогою перемикачів “Вм2” та “Вм3” можна по черзі підключати до резистора R _н або котушку індуктивності L, або конденсатор C, а перемикач “Вм1” дає можливість закоротити додатковий резистор R _д.

12. За допомогою перемикача “Вм1” закоротити додатковий резистор R _д, а перемикачами “Вм2”, “Вм4” включити паралельно резистор R _н і котушку індуктивності L. Установити на виході генератора гармонічну напругу u _вх(t) = u ₁(t) з амплітудним значенням U_{m 1} = 3…5 В та частотою f = 10 кГц і виміряти діючі струми в нерозгалуженій частині кола І (перемикач “ВМ4” у положенні 1) та через котушку ідуктивності I_L (перемикач “ВМ4” у положенні 2).

 

Результати вимірювань занести до табл. 3.2.

Таблиця 3.2

Коло, що досліджується	Параметри кола	Частота f ген, кГц
f 1	f 2	f 3	f 4	f 5	f 6
Паралельне RL - або RC -коло	U 1, В
І, мА
ІL (ІС), мА
, град
Z, Ом
Z, Ом
R, Ом
Х, Ом

 

13. Розрахувати фазовий зсув між напругою і струмом у паралельному RL -колі за допомогою виразу

.

 

14. Знайти повний та комплексний опори кола, а також активну і реак-тивну складові останнього за тією ж методикою, що й для послідовних
RL - та RC -кіл.

Провести аналогічні дослідження ще для декількох частот робочого діапазону 10…60 кГц.

Результати всіх вимірювань та розрахунків занести до табл. 3.2.