Закон кирхгофа для токов (первый закон)

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ВЫПОЛНЕНИЮ КОМПЬЮТЕРНЫХ
ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
«ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА»

В СРЕДЕ MULTISIM 7

 

ИРКУТСК

 

УДК 631.38

 

 

Методические указания включают теоретические сведения и описание 5 лабораторных работ и предназначены для студентов специальностей 230105, 280102, 280202. Отдельные работы могут использоваться при изучении дисциплины «Электроника и схемотехника» студентами специальностей 090105.

Ил. 25. Табл. 7. Библиогр.: 3 назв.

 

 

Составитель:

к.т.н., доцент Г.Е. Лустенберг. Кафедра теоретических основ электротехники

 

 

Рецензенты:

к.т.н, доцент А.С. Смирнов, каф. Электроснабжения и электротехники ИрГТУ д.т.н, профессор Л. А. Астраханцев каф. Электроподвижной состав ИрГУПС

 

ВВЕДЕНИЕ

Лабораторный практикум (18 час.) по дисциплине «Электротехника и электроника» выполняется в 3-м семестре. Его целью является овладение навыками экспериментального исследования электронных устройств и сопоставление полученных результатов с теорией. Применение универсальных стендов и вычислительного зала позволяет выполнять лабораторные работы фронтальным методом.

В настоящее время, наряду с традиционным натурным экспериментом, все шире применяется вычислительный эксперимент (или компьютерное моделирование). В качестве программного средства для проведения вычислительных экспериментов используется система схемотехнического моделирования Multisim 7 Demo. Практика показывает, что для освоения программы Multisim 7 Demo в процессе выполнения лабораторных работ, требуется примерно два занятия в компьютерном зале. Остальные работы могут выполняться студентами в часы самостоятельной подготовки. В приложении рассмотрены минимально необходимые сведения о работе с программой. Кроме этого, необходимые пояснения даются непосредственно при описании порядка выполнения работы.

В методических указаниях приводятся пять компьютерных лабораторных работ, выполняемых по индивидуальным вариантам, тематика которых охватывает основные теоремы, законы и принципы теории линейных электрических цепей.

После выполнения работы №1 по экспериментальной проверке законов Кирхгофа следуют две работы посвященные принципам и теоремам электрических цепей (№2-№3). Студенты должны самостоятельно их сформулировать на основе проведенных экспериментов. В работах №4-№5 исследуются установившиеся режимы последовательной и параллельной RLC -цепи переменного тока.

Перед выполнением работы необходимо изучить рекомендуемый теоретический материал. Описание каждой работы состоит из формулировки ее цели, двух разделов и контрольных вопросов. Первый раздел содержит исчерпывающие инструкции относительно порядка выполнения экспериментов. Во втором разделе даны рекомендации по обработке результатов и их представлению в отчете, а также необходимые таблицы и формулы. Первый и второй разделы, а также рекомендуемый материал из учебников, должны быть тщательно проработаны при подготовке к работе. Контрольные вопросы позволяют несколько расширить тематику работ за счет дополнительного экспериментирования. Это исключительно полезно для развития интуиции и понимания процессов в электрических цепях.

Отчет по работе должен завершаться содержательными выводами, сделанными студентом индивидуально, и являющимися главным результатом лабораторного исследования.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

«ЗАКОНЫ КИРХГОФА»

 

Цель работы:

1. Изучение теоретического материала [ 1, п.1.8].

2. Проверка законов Кирхгофа на примере цепи постоянного тока методом вычислительного эксперимента.

Порядок выполнения работы

Обработка результатов экспериментов

ЗАКОН КИРХГОФА ДЛЯ ТОКОВ

По результатам пп. 1.1.1.3-1.1.1.6 проверить выполнение закона Кирхгофа для токов. При этом следует иметь в виду, что полярность амперметра взаимнооднозначно связана с условно-положительным направлением тока, как показано на рис. 1.3. Предполагается, что ток, втекающий в плюс амперметра, вызывает его положительные показания.

 

Рис.1.3. Соответствие полярности амперметра и условно-положительного направления тока

Порядок выполнения работы

а) Собрать пассивную резистивную схему, заданную преподавателем. Идеализированные резистивные элементы выбираются из группы Basic, семейство BASIC_VIRTUAL, элемент RESISTOR_VIRTUAL. После того, как элемнт помещен на рабочее поле, остальные элементы того же типа могут быть добавлены из раскрывающегося списка «In Use List» на панели инструментов. Один из узлов цепи необходимо заземлить, соединив его с элементом Ground (земля), находящимся в группе Sources, семейство POWER_SOURCES.

б) Заменить позиционные обозначения резистивных элементов по умолчанию (поле Reference ID, вкладка Label окна свойств) на заданные в схеме. Это окно открывается двойным щелчком кнопкой мыши на элементе. В поле Label можно указать дополнительную информацию.

в) Проставить значения сопротивлений (поле Resistance на вкладке Value окна RESISTOR_VIRTUAL), выбрав их произвольно из диапазона 10…100 Ом.

г) Проставить номера узлов. Они указываются в поле Node Name окна Node, открывающемся после двойного щелчка на любом проводнике, подключенном к данному узлу.

В результате схема имеет примерно следующий вид:

Рис.2.1. Исходная резистивная схема

Данную схему будем называть исходной и использовать ее во всех экспериментах данной работы.

д) Сохранить файл с исходной схемой в папке Student под уникальным именем (см. Приложение, П1.5). Имя файла и номер компьютера (на системном блоке) записать в протокол.

ПРИНЦИП ЭКВИВАЛЕНТНОСТИ

2.1.1.1. К двум произвольно выбранным узлам подключить источник постоянного напряжения (группа Sources, семейство POWER_SOURCES, элемент DC_POWER). В рассматриваемом примере выбраны узлы 1 и 4. Присвоить источнику произвольные напряжение и обозначение.

.

 

Схема примет вид

2.1.1.2. Подключить амперметр и вольтметр постоянного тока (из группы Indicators) для измерения тока и напряжения источника.

В результате схема приобретает вид

Рис.2.2. Схема эксперимента по определению эквивалентного сопротивления методом амперметра и вольтметра

2.1.1.3. «Включить» схему, нажав на кнопку Run на панели инструментов (или нажать клавишу F5.). Записать в протокол значения тока и напряжения. Найти эквивалентное сопротивление цепи относительно узлов подключения источника по закону Ома. “Выключить” схему (Run или F5).

2.1.1.4. Сохранить файл в папке Student под именем, отличным от исходной схемы. Имя файла записать в протокол.

2.1.1.5. Загрузить исходную схему (см. Приложение, П1.5). С панели приборов (Instruments) взять мультиметр (Multimetr)

 

Раскройте обозначение двойным щелчком и нажмите на кнопку W. (режим омметра)

Подключить мультиметр к тем же узлам, что и в п.2.1.1.1. “Включить” схему и записать показания омметра в протокол. Сравнить полученное значение эквивалентного сопротивления с результатом п.2.1.1.3.

2.1.1.6. Собрать схему (можно в том же окне, где уже есть схема)

 

Задать напряжение источника равным значению, установленному в п. 2.1.1.1. Установить сопротивление резистора равным найденному эквивалентному значению. “Включить” цепь, записать показания приборов в протокол и сравнить их с полученными ранее в п. 2.1.1.3 величинами. Сформулировать принцип эквивалентности.

ТЕОРЕМА КОМПЕНСАЦИИ

2.1.3.1. Загрузить исходный схемный файл..

2.1.3.2. Включить несколько источников напряжения в различные ветви. Задать произвольно их значения. Подключить вольтметр параллельно какому-нибудь резистору (R2 на рис. 2.3).

2.1.3.3. Поместить на рабочее поле мультиметр. Заземлить отрицательный зажим и двойным щелчком раскрыть изображение мультиметра. Нажать кнопки V и -- для включения режима измерения постоянного напряжения. В результате схема примет вид:

Рис.2.3. Измерение компенсирующего напряжения

2.1.3.4. “Включить” цепь и в случае отрицательных показаний вольтметра поменять полярность его подключения. Записать в протокол измеренное напряжение и номера узлов, к которым подключены «+» и «–» вольтметра. На рисунке «+» подключен к узлу 3, а «–» к узлу 2. Далее измерить все узловые напряжения, подсоединяя положительный зажим мультиметра поочередно ко всем узлам. Полученные результаты занести в протокол.

2.1.3.5. Отключить резистор, параллельно которому включен вольтметр, и вместо него включить компенсирующий источник напряжения. Полярность подключения источника должна быть такой же, как у вольтметра, т.е. «+» источника должен соединяться с «+» вольтметра, а «–» источника — с «–» вольтметра. Напряжение компенсирующего источника установите равным показанию вольтметра, полученному в предыдущем пункте. В результате схема примет вид рис. 2.4:

Рис.2.4. Схема эксперимента по проверке теоремы компенсации

2.1.3.6. «Включить» схему, снова измерить все узловые напряжения и результаты записать в протокол. Сравнить их с данными, полученными ранее в п. 2.1.3.4. Сформулировать теорему компенсации.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

Необходимо подробно описать проведенные эксперименты(цель, схемы, результаты), а также самостоятельно сформулировать принцип эквивалентности, принцип взаимности и теорему компенсации.

Контрольные вопросы

1. Что изменится в методике экспериментов, если вместо источника напряжения использовать источник тока?

2. Допустимо ли в данной работе использовать источники синусоидального напряжения и электроизмерительные приборы переменного тока?

3. Можно ли подключать омметр к активной цепи?

4. Если в эксперименте по определению эквивалентного сопротивления методом амперметра и вольтметра (рис. 2.2) показания приборов имеют разные знаки, то означает ли это, что эквивалентное сопротивление отрицательно?

5. Вызовет ли одинаковое изменение параметров исходной и компенсированной схем одинаковые влияния на токи и напряжения этих цепей?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

«ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ И ТЕОРЕМЫ ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ. ЧАСТЬ II»

Цель работы:

1. Изучение теоретического материала [ 1, п.1.15, п. 1.17].

2. Методом вычислительного эксперимента убедиться в выполнении следующих принципов и теорем: принципа наложения (суперпозиции), принципа линейности и теоремы об активном двухполюснике.

Порядок выполнения работы

ПРИНЦИП НАЛОЖЕНИЯ

3.1.1.1. Загрузить исходную пассивную резистивную цепь, которая использовалась в первой части лабораторной работы.

3.1.1.2. Включить три источника напряжения в произвольно выбранные ветви. Задать произвольно напряжения источников и занести их в протокол.

3.1.1.3. Включить амперметр в произвольно выбранную ветвь и измерить ток и занести его значение в протокол.

3.1.1.4. Обнулить все источники, кроме первого. Для этого задать их значения равными нулю. Измерить ток и занести его значение в протокол.

3.1.1.5. Задать обнуленным источникам прежние значения (см. п.3.1.1.2).

3.1.1.6. Обнулить все источники, кроме второго. Измерить ток и занести его значение в протокол.

3.1.1.7. Задать обнуленным источникам прежние значения (см. п.3.1.1.2).

3.1.1.8. Обнулить все источники, кроме третьего. Измерить ток и занести его значение в протокол.

3.1.1.9. Просуммировать токи, измеренные в пп. 3.1.1.4, 3.1.1.6 и 3.1.1.8, алгебраически (т.е. с учетом знака). Сумма должна быть равна току, измеренному в п. 3.1.1.3

ПРИНЦИП ЛИНЕЙНОСТИ

3.1.2.1. Загрузить исходную пассивную резистивную цепь. Вместо какого-либо резистора включить переменный резистор (группа Basic, семейство BASIC_VIRTUAL, элемент POTENTIOMETR_VIRTUAL).

 

 

3.1.2.2.Установить номинальное сопротивление переменного резистора равным 100 Ом.

3.1.2.3. Включить переменный резистор как реостат, соединив вывод движка с одним из выводов переменного резистора. Последовательно с реостатом включить амперметр, а параллельно – вольтметр. Схема будет иметь примерно следующий вид:

3.1.2.4. Включить три источника напряжения E1, E2 и E3 в произвольно выбранные ветви. Задать произвольно напряжения источников и занести их в протокол. В две произвольно выбранные ветви включить амперметры.

Рис.3.1. Схема эксперимента по проверке принципа линейности

3.1.2.5. Обозначить приборы, как показано на рис. 3.1 (двойной щелчок на приборе, вкладка Label, поле Reference ID). Сохранить файл.

3.1.2.6. Подготовьте таблицу

Таблица 3.1.

	Сопртивление реостата R1 в процентах от его максимального значения
Режим	Короткое замыкание реостата (0%)	20%	40%	60%	80%	100%	Холостой ход ветви с реостатом (разрыв)
Показания ампеметра А2, мА
Показания ампеметра А3, мА
Показания ампеметра А1, мА							»0
Показания вольтметра V1, В
Сопротивление реостата, Ом							¥

3.1.2.7. Ссоединить зажимы реостата в схеме проводником (закороткой). Это режим короткого замыкания реостата. Включить схему и занести показания приборов в таблицу.

3.1.2.8. Выключить схему, удалить закоротку. Переключить клавиатуру на латиницу. Включить схему и, нажимая клавишу A (т.е. «перемещая» движок реостата в одну сторону) или Shift-A (т.е. «перемещая» движок реостата в другую сторону), установить движок реостата в положение 20%. Проценты отображаются около обозначения реостата на схеме. Занести показания приборов в таблицу. Строку «Сопротивление реостата» оставить пока пустой.

3.1.2.9. Повторить предыдущий пункт для положений 40%, 60%, 80%, 100%. Занести показания приборов в таблицу. Выключить схему.

3.1.2.10. Разомкнуть ветвь с реостатом в одной из точек его подключения. Например, отключим левый вывод реостата (см. рис. 3.2). Это режим холостого хода.

Рис.3.2. Холостой ход ветви с реостатом

3.1.2.11. Включить схему. Занести показания приборов в столбец «Холостой ход ветви с реостатом». Выключить схему.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

Необходимо подробно описать проведенные эксперименты(цель, схемы, результаты), а также самостоятельно сформулировать принципа наложения (суперпозиции), принцип линейности и теорему об активном двухполюснике.

Рассчитать сопротивление реостата, как отношение показаний вольтметра V1 и амперметра A1 и занести в последнюю строку таблицы 3.1. Построить графики зависимостей I ₃=f(I ₂), V ₁=f(I ₁), P ₁=f(I ₁), V ₁=f(I ₂), V ₁=f(R _{реостата}) и сделать выводы относительно их линейности.

Обратите внимание, что при построении графиков с помощью программы Excel, для получения линейного масштабирования следует выбирать тип диаграммы «Точечная». В противном случае графики функциональных зависимостей искажаются.

Контрольные вопросы

1. Что изменится в методике экспериментов, если вместо источников напряжения использовать источники тока?

2. Допустимо ли в данной работе использовать источники синусоидального напряжения одной частоты и электроизмерительные приборы переменного тока?

3. Почему в ветви с отключенным реостатом (рис. 3.2) амперметр показывает ненулевой ток?

4. Какая зависимость связывет любые два напряжения при изменении сопротивления реостата? Подтвердить экспериментально.

5. Как экспериментально проверить теорему об активном двухполюснике тока (теорему Нортона)?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

«ИССЛЕДОВАНИЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО
СОЕДИНЕНИЯ КАТУШКИ И КОНДЕНСАТОРА»

Цель работы:

1. Изучение теоретического материала [ 1, п.2.12].

2. Методом вычислительного эксперимента исследовать следующие режимы: резонанс напряжений, активно-индуктивный, активно-емкостный.

Порядок выполнения работы

4.1.1. Собрать схему рис. 4.1, на которой катушка представлена простейшей схемой замещения, состоящей из R и L -элементов, а конденсатор замещен С -элементом. Цепь подключена к источнику синусоидального напряжения с действующим значением U =20 B. “МИНУС” ИСТОЧНИКА ЗАЗЕМЛИТЬ!!!!.

Рис. 4.1. Схема последовательного соединения катушки и конденсатора

 

4.1.2. Установить параметры цепи, указанные преподавателем;

4.1.3. Приборы переключить в режим работы на переменном токе (на вкладке Value свойств прибора сменить DC на AC);

4.1.4. Изменяя частоту источника, добиться максимума тока в цепи (резонанс напряжений). Записать показания приборов при резонансе в табл.4.1. Записать резонансную частоту источника f _рез в графу «Примечание». В дальнейшем частоту источника не изменять!

Режимы работы последовательной цепи Таблица 4.1.

Режимы	U, B	I, A	UК, B	U С, B	Δ t, с	Примечание
Резонанс напряжений						f рез =
Активно-индуктивный						L =
Активно-емкостный						C =

4.1.5. Изменяя индуктивность, добиться, чтобы U_К > U _С и I» (0,5…0,8) I _рез. Записать показания приборов в табл. 4.1. (строка «Активно-индуктивный режим»). Записать индуктивность в графу «Примечание»;

4.1.6. Установить исходное значение индуктивности, т.е. вернуться к режиму резонанса напряжений (п. 4.1.4);

4.1.7. Изменяя емкость, добиться, чтобы U_К < U _С и I» (0,5…0,8) I _рез. Записать показания приборов в табл. 4.1. (строка «Активно-емкостный режим»). Записать емкость в графу «Примечание»;

4.1.8. Подключить осциллограф для одновременного наблюдения тока и напряжения источника. Значок этого прибора (Oscilloscope) находится на панели приборов и после перетаскивания в схемное окно принимает вид

 

 

Поскольку осциллограф имеет потенциальные входы, ток следует преобразовать в напряжение с помощью специального устройства. В этом качестве можно использовать источник напряжения, управляемый током (ИНУТ). Он находитсч в группе Sources, семейство CONTROLLED_
VOLTAGE_SOURCES, компонент CURRENT_CONTROLLED_VOLTAGE
_SOURCE. Его схемное обозначение имеет вид:

 

 

4.1.9. Подключить ИНУТ к одному из каналов осциллографа. Управляющую ветвь ИНУТ включить в цепь последовательно. К другому каналу подать напряжение от незаземленного вывода источника, питающего цепь. Схема показана на рис. 4.2. Провода, подключенные к каналам осциллографа, желательно окрасить в разные цвета.

Рис.4.2. Схема снятия осциллограмм тока и напряжения: сигнал напряжения подан на канал А, сигнал тока - на канал В

 

Тогда и осциллограммы сигналов будут иметь эти же цвета, что облегчает наблюдение. Для окраски провода надо щелкнуть по проводу правой кнопкой мыши, выполнить пункт меню Color и в открывшемся окне выбрать нужный цвет. В рассматриваемом случае напряжение можно отобразить синим цветом, а ток – красным. Далее двойным щелчком по значку осциллографа раскрыть его панель, имеющую следующий вид:

 

 

Рис. 4.3. Панель двухканального осциллографа

 

4.1.10. Установить коэффициенты отклонения по каналам A и B в соответствии с ожидаемыми величинами напряжений. Коэффициент развертки установить так, чтобы на экране наблюдались примерно 2 периода сигнала. «Включить» цепь и через некоторое время, необходимое для установления гармонического процесса, выключить. Установить белый фон экрана, нажав на кнопку Reverse осциллографа. С помощью кнопки на линейке прокрутки сместить кривые немного назад. Изменяя коэффициенты развертки и отклонения, добиться хорошей наблюдаемости осциллограмм. Их примерный вид для активно-емкостного режима показан на рис. 4.4.

По оси абсцисс отсчитывается время (ось времени), а по оси ординат — напряжение. Положение осей времени каналов А и В можно наблюдать после нажатия кнопок «0» переключателей режима входа (см. рис.4.3). По умолчанию эти оси совпадают, но их можно разделить, задавая разные значения полей «Y position». Экран разбит пунктирной сеткой на деления (divisions). Цена деления по времени (временной масштаб) устанавливается коэффициентом развертки (см. рис. 4.3). Цены деления по напряжению каналов А и В (масштабы напряжения) задаются соответствующими коэффициентами отклонения (см. рис. 4.3).

Из осциллограмм следует, что при активно-емкостном характере цепи напряжение отстает от тока (или ток опережает напряжение).

Необходимо измерить временной сдвиг Δ t между током и напряжением по осциллограмме. В рассматриваемом примере временной масштаб осциллограмм (Timebase/Scale) установлен на 200 мкс/дел. Из рассмотрения любых двух ближайших точек, находящихся в одинаковой фазе[1], видно, что напряжение отстает от тока примерно на 2/5 деления, т.е. на 80 мкс. Таким образом, Δ t» 80 мкс.

 

Рис.4.4. Осциллограммы тока и напряжения при активно-емкостном характере цепи.

 

4.1.11. Зарисовать осциллограммы тока и напряжения в протокол c указанием масштабов по напряжению и времени.

С помощью осциллографа можно провести более точное измерение временного сдвига Δ t, используя две вертикальные визирные линии 1 и 2, называемые также подвижными курсорами. Эти линии можно перемещать мышью за треугольные маркеры голубого и желтого цвета соответственно. В исходном состоянии визирные линии совпадают с вертикальными границами экрана и не видны. Маркеры видны всегда и в исходном состоянии находятся в верхних углах экрана. «Растянем» осциллограммы, установив временной масштаб 50 мкс/дел. Расположим визирные линии как показано на рисунке ниже.

При этом в измерительном окне появляется значение T2 – T1 = 93,112 мкс, которое и равно искомому временному сдвигу. Округляя до 3-й значащей цифры, имеем Δt» 93,1 мкс. Занести найденное значение в табл.4.1.

4.1.12. Для резонансного и активно-индуктивного режимов (см. табл. 4.1) снять аналогичные осциллограммы, а также измерить и записать в табл.4.1 соответствующие значения Δ t.

 

 

Рис. 4.5. Измерение временного сдвига с помощью визирных линий.

 

Содержание отчета

4.2.1. По известным параметрам цепи (R, L, C), напряжению
(U =20 e ^{j 0°} В) и частоте источника f = f _рез (см. табл. 4.1) рассчитать следующие величины для каждого режима и свести результаты в табл. 4.2.

 

 

Таблица 4.2

Расчетные величины	Режимы
Резонанс (активный)	Активно-индуктивный	Активно-емкостный
Собственная циклическая частота цепи , Гц
Собственная угловая (круговая) частота цепи , с ^–1
Угловая (круговая) частота источника , с ^-1
Активное сопротивление катушки (и всей цепи) , Ом
Индуктивное сопротивление катушки , Ом
Полное сопротивление катушки , Ом
Угол сдвига фаз между напряжением и током катушки , град
Комплексное сопротивление катушки , Ом
Емкостное сопротивление конденсатора , Ом
Реактивное сопротивление цепи , Ом
Полное сопротивление цепи (импеданс) , Ом
Угол сдвига фаз между напряжением и током на входных зажимах цепи , град
Комплексное сопротивление цепи , Ом
Временной сдвиг между напряжением и током источника , с
Комплекс тока , А
Комплекс падения напряжения на R -элементе , B
Комплекс падения напряжения на L -элементе , B
Комплекс падения напряжения на катушке , В
Комплекс падения напряжения на С -элементе , B
Активная мощность цепи , Вт
Реактивная мощность цепи , вар
Полная мощность цепи , ВА
Комплексная мощность цепи , ВА

 

4.2.2. Сравнить экспериментальные (табл. 4.1) и теоретические (табл. 4.2) результаты по относительной погрешности;

.

.

.`

.

.

.

.

.

.

.

.

.

4.2.3. По данным табл. 4.2 построить в масштабе векторные диаграммы для каждого режима. На диаграммах изобразить векторы I, U, U _R, U _L, U _K, U _C и продемонстрировать выполнение II закона Кирхгофа. Вектор напряжения источника совместить с осью действительных чисел;

/

4.2.4. По данным табл.3 для режима резонанса записать мгновенные значения i, u, u _R, u _L, u _K, u _C. Построить волновые (временные) диаграммы в режиме резонанса для u _R, u _L, u _C в одной системе координат. Определить для режима резонанса добротность цепи по формуле , где - характеристическое сопротивление цепи;

4.2.5. Сделать обобщающие выводы.

Контрольные вопросы

1. Какой признак резонанса напряжений используется в данной работе? Существуют ли другие признаки?

2. Как приблизительно выглядит график зависимости полного сопротивления исследуемой цепи от частоты?

3. Что изменится в методике экспериментов, если вместо источника напряжения использовать источник тока?

4. Как по осциллограммам тока и напряжения определить характер цепи?

5. Опишите качественно энергетические процессы в исследуемой цепи?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

«ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО
СОЕДИНЕНИЯ КАТУШКИ И КОНДЕНСАТОРА»

Цель работы:

1. Изучение теоретического материала [ 1, п.2.15].

2. Методом вычислительного эксперимента исследовать следующие режимы: резонанс токов, активно-индуктивный, активно-емкостный.

Порядок выполнения работы

5.1.1. Собрать схему рис.6 на которой катушка представлена простейшей схемой замещения, состоящей из R и L -элементов, а конденсатор замещен С-элементом. Цепь подключена к источнику синусоидального напряжения с действующим значением U =20 B. “МИНУС” ИСТОЧНИКА ЗАЗЕМЛИТЬ!!!!

Рис. 5.1. Схема параллельного соединения катушки и конденсатора

 

5.1.2. Установить параметры цепи, указанные преподавателем;

Приборы переключить в режим работы на переменном токе (на вкладке Value свойств прибора сменить DC на AC);

5.1.3. Изменяя частоту источника, добиться минимума тока в цепи (резонанс токов). Записать показания приборов при резонансе в табл. 5.1. Записать резонансную частоту источника f _рез в графу «Примечание». В дальнейшем частоту источника не изменять!

Режимы работы параллельной цепи Таблица 5.1

Режимы	U, B	I, A	IК, B	I С, B	Δ t, с	Примечание
Резонанс токов						f рез =
Активно-индуктивный						L =
Активно-емкостный						C =

5.1.4. Изменяя индуктивность, добиться, чтобы I_К > I _С и I» (1,5…2) I _рез. Записать показания приборов в табл. 5.1. (графа «Активно-индуктивный режим»). Записать индуктивность в графу «Примечание».

5.1.5. Установить исходное значение индуктивности, т.е. вернуться к режиму резонанса токов (п.2.4).

5.1.6. Изменяя емкость, добиться, чтобы I_К < I _С и I» (1,5…2) I _рез. Записать показания приборов в табл. 5.1. (графа «Активно-емкостный режим»). Записать емкость в графу «Примечание».

5.1.7. Подключить осциллограф для наблюдения тока и напряжения источника аналогично рис. 4.2.

5.1.8. Для резонансного, активно-индуктивного и активно-емкостного режимов (см. табл. 5.1) снять осциллограммы токов и напряжений, а также измерить и записать в табл. 5.1 соответствующие значения Δ t.

Содержание отчета

5.2.1. По известным параметрам цепи (R, L, C), напряжению (U =20 e ^{j 0°} В) и частоте источника f = f _рез (см. табл. 5.1) рассчитать следующие величины для каждого режима и свести результаты в табл. 5.2

Таблица 5.2

Расчетные величины	Режимы
Резонанс (активный)	Активно-индуктивный	Активно-емкостный
Собственная циклическая частота цепи , Гц
Собственная угловая (круговая) частота цепи , с^-1
Угловая (круговая) частота источника , с^-1
Активное сопротивление катушки , Ом
Индуктивное сопротивление катушки , Ом
Активная проводимость катушки (и всей цепи) , Cм
Индуктивная проводимость катушки , Cм
Полная проводимость катушки , Cм
Угол сдвига фаз между напряжением и током катушки , град
Комплексная проводимость катушки , Cм
Емкостное сопротивление конденсатора , Ом
Емкостная проводимость конденсатора , Cм
Реактивная проводимость цепи , Cм
Полная проводимость цепи , Cм
Угол сдвига фаз между напряжением и током на входных зажимах цепи , град.
Комплексная проводимость цепи , Cм
Временной сдвиг между напряжением и током источника , с
Комплекс тока, протекающего через активную проводимость , А
Комплекс тока, прот