Лабораторная работа №3

Вид материала

Содержание

2. Содержание и порядок выполнения работы
Измеритель фазы
Измеритель фазы
Функциональный генератор
Функциональный генератор
Протокол измерений к лабораторной работе № 3
3. Содержание отчета

Подобный материал:

Лабораторная работа № 3
Исследование резонанса напряжений в неразветвленной цепи переменного тока

Целью работы является исследование резонансных явлений и частотных характеристик электрической цепи, содержащей элементы R, L, C.

1. Общие сведения

Резонансом называется явление совпадения начальных фаз мгновенных значений синусоидального напряжения и тока на участке электрической цепи, содержащем элементы R, L, C.

В состоянии резонанса угол сдвига фаз

.

В линейной электрической цепи режим резонанса можно получить путем изменения частоты f питающего напряжения

или величин параметров элементов R, L, C. В работе исследуют контур с последовательным соединением участков R, L и C (рис. 3.1).

На частоте резонанса

эквивалентное реактивное сопротивление

0,

откуда

;

.

Величина

имеет размерность сопротивления и носит название

Рис. 3.1

волнового (характеристического) сопротивления контура.

Резонансные свойства контура характеризует добротность

.

При резонансе напряжение на входе контура

. Добротность Q показывает, во сколько раз напряжения на реактивных элементах

отличается от напряжения U. Такой резонанс называют резонансом напряжений.

Ток при резонансе достигает наибольшего значения

.

Зависимости

;

называются частотными характеристиками цепи (контура).

Зависимость

называется фазочастотной характеристикой цепи (контура).

Зависимости от частоты действующих значений тока

и напряжений

называются амплитудно-частными характеристиками (АЧХ).

Диапазон частот, при которых выполняется отношение

,

называется полосой пропускания. Записанное выше отношение выполняется точно на частотах f₁и f₂, где

. На частоте f₁ меньше f₀ угол сдвига фаз

, на частоте f₂ больше f₀

. Частоты f₁и f₂ называются нижней и верхней граничной частотой полосы пропускания. Выполнение условий

позволяют экспериментально определить граничные частоты, поэтому полосу пропускания можно определить по фазочастотной характеристике.

Значения граничных частот определяются выражением

.

Избирательные частотные свойства контура характеризуются полосой пропускания f  f₂– f₁

2. Содержание и порядок выполнения работы

Схема исследуемой цепи представлена на рис. 1П. Источником синусоидального напряжения является модуль ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР. В работе используют измерительные приборы из блока ИЗМЕРИТЕЛЬ ФАЗЫ и цифровой вольтметр в режиме измерения переменного напряжения.

Пассивные элементы электрической схемы выбирают из блока МОДУЛЬ РЕАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ. Активное сопротивление R_к катушки измеряют цифровым вольтметром в режиме измерения сопротивления. Рекомендуемые величины индуктивности катушки и емкости конденсатора представлены в табл. 3.1.

Таблица 3.1

L, мГн	20	30	40	50	60	70	80
С, мкФ	10	6,8; 10	4,7; 6,8	4,7; 6,8	3,3; 4,7	3,3	3,3

Собрать электрическую цепь по схеме, приведенной на рис. 1П протокола измерений. Тумблер SA2 модуля ИЗМЕРИТЕЛЬ ФАЗЫ установить в положение I2. Для измерения действующих значений напряжений и включить цифровой вольтметр РV.

Проверить собранную электрическую цепь в присутствии преподавателя.
Установить заданные преподавателем величины индуктивности L катушки и емкости С конденсатора. Измерить цифровым вольтметром в режиме измерения сопротивления активное сопротивление R_к катушки. Записать эти значения в протокол измерений.
Выполнить предварительные расчеты, указанные в протоколе измерений.
Включить автоматический выключатель QF блока модуль питания и тумблер Сеть модуля ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР. Переключатель Форма установить в положение . Регулятором Частота установить на выходе модуля ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР частоту f₀. Убедиться, что угол .

Регулятором Амплитуда установить величину действующего значения напряжения U  5…7 В. Напряжение U поддерживать в работе неизменным.
Измерить на частоте f₀ действующие значения тока i; напряжений u, u_к, ; активную мощность Р и угол   _u– _i. Измеренные значения занести в табл. 1П.
Уменьшая частоту, определить частоту f₁ – нижнюю граничную частоту полосы пропускания.
Измерить на частоте f₁ действующее значение тока i; напряжений u, u_к, u_с; активную мощность Р и угол  . Измеренные значения занести в табл. 1П.
Увеличивая частоту, определить частоту f₂ – верхнюю граничную частоту полосы пропускания.
Измерить на частоте f₂ действующее значение тока i; напряжений u, u_к, u_с; активную мощность Р и угол  . Измеренные значения занести в табл. 1П.
Изменяя частоту, выполнить измерения для f > f₀ и f < f₀. Измеренные значения занести в табл. 1П.
Выполнить предварительные расчеты, указанные в протоколе измерений.
Протокол измерений утвердить у преподавателя.
Выключить тумблер Сеть модуля ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР и автоматический выключатель QF модуля питания.

Протокол измерений к лабораторной работе № 3

«Исследование резонанса напряжений в неразветвленной цепи переменного тока»

Схема исследуемой электрической цепи представлена на рис. 1П.

Рис. 1П

Параметры цепи: L  мГн; С  мкФ;

Ом.

Предварительные расчеты:

  Гц;

  Ом;

  ;

 Гц.

Экспериментальные данные при U  B занесены в табл. 1П.

Таблица 1П

f, Гц	, мA	U_к, B	U_C, B	, град	Р, Вт	Примечания
						f < f ₁
						f < f ₁
						f ₁
						f < f ₀
						f < f ₀
						f ₀
						f > f ₀
						f > f ₀
						f₂
						f > f₂
						f > f₂

Предварительные расчеты

При f₀  Гц напряжение

 В.

Из табл. 1: граничные частоты f₁ Гц и f₂ Гц, полоса пропускания

 Гц.

Сравнение значений добротности:

 ;

 .

Входное сопротивление цепи: в резонансе

 Ом;

на частоте f ₁

 Ом; на частоте f ₂

 Ом.

Работу выполнил: ____________________________________

Работу проверил: ____________________________________

3. Содержание отчета

Нарисовать схему замещения исследуемой электрической цепи, указать величины параметров R_к, L, C. Записать рассчитанные в протоколе измерений значения резонансной частоты , волнового сопротивления , добротности и полосы пропускания .
По данным таблицы 1П протокола измерений в относительных единицах частоты рассчитать и построить графики амплитудно-частотных характеристик (АЧХ): ; ; . Результаты расчета представить в таблице. Из графиков АЧХ определить добротность , граничные частоты , и полосу пропускания.
По данным таблицы 1П построить фазочастотную характеристику . Из графика определить добротность , граничные частоты и полосу пропускания.

Blog