В экспериментальной части необходимо:
· измерить напряжение на элементах RC - цепи при различных значениях частоты генератора (R и C постоянны);
· измерить фазовый сдвиг между напряжением на RC - цепи и током в RC - цепи при различных значениях частоты генератора (R и C постоянны);
· сравнить экспериментальные результаты с расчетными и убедиться в правильности произведенных расчетов;
· измерить напряжение на элементах RC - цепи при различных значениях R и C (частота генератора не изменяется);
· измерить фазовый сдвиг между напряжением на RC - цепи и током в RC - цепи при различных значениях R и C (частота генератора не изменяется).
Принципиальная схема проведения измерений представлена на рис. 2. Источником гармонических колебаний является генератор НЧ (выход G2 «0 дБ»). Для измерения выходного напряжения генератора UГ используется вольтметр PV1. Напряжение на резисторе UR измеряется вольтметром PV2. Ток в цепи определяется путем расчета:
Рис. 2. Принципиальная схема проведения измерений (вариант 1)
Схема соединения элементов установки представлена на рис. 3. Чтобы погрешность измерения напряжения была наименьшей, следует вольтметры PV1 и PV2 подключить «минусом» к общей точке «^».
Рис. 3. Схема соединения элементов установки (вариант 1)
Установите предел измерения вольтметра PV1 равным 20 В, вольтметра PV2 – равным 20 В (в процессе проведения измерений может быть изменен на другой). Тумблеры переключения режимов работы вольтметров установите в положение измерения переменного напряжения (U~). Регулятор выходного напряжения генератора НЧ поверните против часовой стрелки до упора. Собранную схему предъявите преподавателю. После проверки преподавателем собранной схемы включите установку.
Установите выходное напряжение генератора НЧ UГ = 3 В. В дальнейшем поддерживайте эту величину постоянной.
Устанавливая частоту генератора согласно значениям, приведенным в таблице 2, занесите в таблицу показания вольтметра PV2, показания фазометра φ1. Рассчитайте значения тока I и занесите их в таблицу 2.
Таблица 2
Значения параметров RC - цепи, полученные в результате эксперимента
при UГ = 3 В, R = 5 кОм, С = 5 нФ
| F, кГц | 0,5 | ||||||
| UR, В | |||||||
| I, мА | |||||||
| φ1, град. | |||||||
| UC, В | |||||||
| φ2, град. |
По окончании измерений регулятор выходного напряжения генератора НЧ поверните против часовой стрелки до упора.
Для получения значений напряжения UC на конденсаторе необходимо изменить схему измерений согласно рис. 4. При этом режим цепи не изменится, но вольтметр PV2 будет показывать напряжение на конденсаторе, а фазометр – сдвиг фаз между выходным напряжением генератора и напряжением на конденсаторе.
Рис. 4. Принципиальная схема проведения измерений (вариант 2)
Схема соединения элементов установки представлена на рис. 5.
Рис. 5. Схема соединения элементов установки (вариант 2)
После проверки преподавателем собранной схемы установите выходное напряжение генератора НЧ UГ = 3 В. В дальнейшем поддерживайте эту величину постоянной.
Устанавливая частоту генератора согласно значениям, приведенным в таблице 2, занесите в таблицу 2 значения UC (по показаниям вольтметра PV2) и показания фазометра φ2.
По окончании измерений регулятор выходного напряжения генератора НЧ поверните против часовой стрелки до упора.
Сравните данные таблиц 1 и 2. Проверьте результаты ранее проведенных расчетов.
Вместо конденсатора 5 нФ подключите в цепь конденсатор 10 нФ.
Установите частоту генератора НЧ F = 5 кГц. Установите выходное напряжение генератора НЧ UГ = 3 В. Запишите показания вольтметра PV2 и фазометра в таблицу 3. Рассчитайте значения тока I и занесите их в таблицу 3.
Регулятор выходного напряжения генератора НЧ поверните против часовой стрелки до упора.
Подключите в цепь резистор 10 кОм и конденсатор 5 нФ.
Таблица 3
Значения параметров RC - цепи, полученные в результате эксперимента
при F Г = 5 кГц и различных R и С
| R = 5 кОм C = 10 нФ | R = 10 кОм C= 5 нФ | |
| UR, В | ||
| I, мА | ||
| φ1, град. | ||
| UC, В | ||
| φ2, град. |
Установите выходное напряжение генератора НЧ UГ = 3 В. Запишите показания вольтметра PV2 и фазометра в таблицу 3. Рассчитайте значения тока I и занесите их в таблицу 3.
Вернитесь к схеме измерений согласно рис. 2 и 3.
Проведите измерения при R = 10 кОм, С = 5 нФ. Результаты занесите в таблицу 3.
Проведите измерения при R = 5 кОм, С = 10 нФ. Результаты занесите в таблицу 3.
Результаты эксперимента из таблицы 3 сравните с данными из таблицы 2, соответствующими частоте 5 кГц. Сделайте необходимые выводы.
Контрольные вопросы
1. Какие токи и напряжения называются гармоническими? Какими параметрами они характеризуются?
2. Что называют действующим значением тока (напряжения) периодического колебания? Чему равно действующее значение гармонического тока или напряжения?
3. Какими соотношениями связаны значения гармонического тока и напряжения на резистивном сопротивлении, на емкости?
4. Как сдвинуты по фазе ток и напряжение на резистивном сопротивлении, на емкости?
5. Что называют векторной диаграммой цепи? Каковы правила построения векторных диаграмм RC - цепи?
6. Что такое емкостное сопротивление? Как оно связано с комплексным сопротивлением емкости?
7. Как зависит реактивное сопротивление емкости от частоты?
8. Что называют полным сопротивлением цепи? Как рассчитать полное сопротивление RC - цепи?
Литература
1. Атабеков Г.И. Теоретические основы электротехники. – 5-е издание, исправленное. 4.1: Линейные электрические цепи. – М.: Энергия, 1978. – 592 с.
2. Шебес М.Р., Каблукова М.В. Задачник по теории линейных электрических цепей. – 4-е издание, переработанное и дополненное. Москва, Высшая школа, 1990 г. – 543 с.
3. Каблукова М.В. Линейные электрические цепи. Конспект лекций по ТЛЭЦ для студентов 2 курса (специальность 200900; 201000; 201100; 201200). – М.: МТУСИ, 2001. – 64.
4. Белецкий А.Ф. Теория линейных электрических цепей. – М.: Радио и связь, 1986. – 544 с.
5. Зельманов С.С. Основы теории цепей. Учебное пособие. 2011 г.
