Параллельное соединение резистора и конденсатора

Общие сведения

Когда к цепи (рис. 6.2.1) с параллельным соединением резистора и конденсатора подается переменное синусоидальное напряжение, одно и то же напряжение приложено к обоим компонентам цепи.

 

 

Рис. 6.2.1

 

Общий ток цепи I разветвляется на ток в конденсаторе I _C (емкостная составляющая общего тока) и ток в резисторе I _R (активная составляющая).

Между токами I, I _C и I _R существуют фазовые сдвиги, обусловленные емкостным реактивным сопротивлением X_C конденсатора. Они могут быть представлены с помощью векторной диаграммы токов (рис. 6.2.2).

 

Рис. 6.2.2	Рис. 6.2.3

 

Фазовый сдвиг между напряжением U цепи и током в резисторе I _R отсутствует, тогда как между этим напряжением и током в конденсаторе I _C равен –90⁰ (т.е. ток опережает напряжение на 90⁰). При этом сдвиг между полным током I и напряжением U цепи определяется соотношением междупроводимостями B_C и G. Разделив каждую сторону треугольника токов на напряжение, получим треугольник проводимостей (рис. 6.2.3).

В треугольнике проводимостей G=1/ R, B_C=1/ X_C, а Y представляет собой так называемую полную проводимость цепи в См, тогда как G – активная, а B_C – реактивная (емкостная) проводимости.

 

 

Из-за фазового сдвига между током и напряжением в цепях, подобных данной, простое арифметическое сложение действующих или амплитудных токов в параллельных ветвях невозможно. Но в векторной форме: I = I _R + I _C.

Расчет ведется по следующим формулам, вытекающим из векторной диаграммы и треугольника проводимости:

 

Действующее значение полного тока цепи

; I = U ¤ Z = UY.

Полная проводимость цепи

; Y = I ¤ U = 1/ Z,

где Z - полное сопротивление цепи.

Угол сдвига фаз

j = arctg (I _C ¤ I_R)  = arctg (B_C ¤ G).

Активная и реактивная проводимости

G = Y cosj;     B_C = Y sinj.

 

Экспериментальная часть

Задание

Для цепи с параллельным соединением резистора и конденсатора измерьте действующие значения тока в резисторе I_R и конденсаторе I _C, полный ток I и вычислите угол сдвига фаз j, полное сопротивление цепи Z и емкостную реактивную проводимость B_C.

 

Порядок выполнения работы

· Соберите цепь согласно схеме (рис. 6.2.4), подсоедините регулируемый источник синусоидального напряжения и установите его параметры: U = 5 В, f = 1 кГц.

 

 

Рис. 6.2.4

 

· Выполните измерения U, I, I_C, I_R и занесите результаты в табл. 6.2.1. Если измерения производите виртуальными приборами, то измерьте также R, j, X_C, Z.

 

Таблица 6.2.1

U, B	I, мА	IС, мА	IR, мА	j, град	R, Ом	XC, Ом	Z, Ом	Примечание
								Расчет
								Вирт. Изм

 

· Вычислите и запишите в таблицу:

Фазовый угол

j = arctg (I _C ¤ I _R) =

Активные проводимость цепи и сопротивление цепи

 

G = I_R ¤ U; R = U ¤ I_R.

Емкостные реактивные проводимость и сопротивление цепи

 

B_C = I_C ¤ U; X_C = U ¤ I_C.

Полные проводимость и сопротивление цепи

; Z = 1 ¤ Ö Y.

 

· Сравните результаты вычислений с результатами виртуальных измерений (если они есть).

· Постройте векторную диаграмму токов (рис. 6.2.5) и треугольник проводимостей (рис. 6.2.6).

 

       

                  

                Рис. 6.2.5                                                             Рис. 6.2.6