ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
Разветвленная цепь постоянного тока.
1. Цель работы.
Приобретение навыков измерений в цепях постоянного тока. Использование результатов измерений для анализа электрического состояния цепи. Проверка законов Ома и Кирхгофа.
2. Описание установки.
На стенде имеются два источника электрической энергии постоянного напряжения: Е1 и Е3, набор сопротивлений r1, r2, r3, r4. Для измерения токов в цепях применяются три миллиамперметра магнитоэлектрической системы А1, А2, А3. Измерение напряжения в схеме производится с помощью электронного цифрового вольтметра В7-38 в режиме постоянного напряжения.
3. Подготовка к работе.
Начертить схему (рис.1), нанести направление токов I1, I2, I3, а также полярность источников энергии и миллиамперметров с учетом направления токов.
 |
Рис. 1
4. Рабочее задание.
4.1. Собрать цепь (рис. 1), соблюдая полярности источников ЭДС и миллиамперметров.
4.2. Представить собранную схему для проверки преподавателю.
4.3. Включить стенд, записать значения токов в таблицу 1. Проверить выполнение первого закона Кирхгофа для любого узла.
4.4. Измерить цифровым вольтметром напряжения, указанные в таблице 1, записав в нее все измеренные значения.
Таблица 1
| Е1 | Е3 | I1 | I2 | I3 | U1 | U3 | Ur1 | Ur2 | Ur3 | Ur4 | Uac |
| B | B | mA | mA | mA | В | В | В | В | В | В | В |
При проведении измерений Е1, Е3, а также U1 и U3 необходимо учитывать соотношение по закону Ома для участка цепи, содержащего ЭДС.
U = E – I×R
Следовательно, значение Е измеряют на выводах источников при отсутствии тока в ветви, в которой находится источник. И, соответственно U (падение напряжения на источнике) измеряют на выводах соответствующего источника при замкнутой цепи (при наличии тока в ветви).
4.5. На основании данных, полученных в результате опыта, вычислить значения сопротивлений r1, r2, r3, r4 и внутренних сопротивлений источников ЭДС ri1, ri3. Результаты вычислений записать в таблицу 2.
Таблица 2
| r1 | r2 | r3 | r4 | ri1 | ri3 |
| Ом | Ом | Ом | Ом | Ом | Ом |
4.6. Записать второй закон Кирхгофа для контура, заданного преподавателем, по данным таблиц проверить выполнение закона Кирхгофа.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2
Цепи однофазного переменного тока
1. Цель работы.
Получение навыков измерения электрических величин в однофазных цепях переменного тока. Использование результатов измерений для исследования амплитудно-фазовых соотношений между токами и напряжениями в этих цепях. Исследование явления резонанса напряжений.
2. Описание установки.
Объектом исследования является цепь переменного тока, содержащая последовательно соединенные катушку индуктивности L, резисторы R100 с номиналом 100 Ом, R1 с номиналом 1 Ом, конденсатор С, изображенные на рис. 1. Источником питания для данной схемы является генератор синусоидальных сигналов Г. Для измерения напряжений на элементах схемы используется цифровой вольтметр V. Осциллограф N позволяет измерить разность фаз между током и напряжением в цепи.
 |
L
I
Iк R 100 Ом
UПИТ IIк
С 0,025мкФ
 |
R 1 Ом
Рис. 1
3. Рабочее задание
3.1. Собрать цепь (рис. 1). С помощью цифрового вольтметра выставить на входе схемы генератора UПИТ = 10В на частоте 4 кГц.
3.2. Первый канал осциллографа подключить на вход схемы, чтобы вывести на экран сигнал напряжения генератора. Второй канал необходимо подключить к измерительному сопротивлению R1 = 1 Ом, с которого снимается сигнал тока в колебательном контуре.
3.3. Изменяя частоту генератора, добиться точного совпадения по фазе синусоид тока I и напряжения UПИТ. Регулируя осциллограф, выровнять максимально амплитуды обеих синусоид. Таким образом, в последовательном контуре получен резонанс напряжений. Записать в таблицу 1 значение резонансной частоты fРЕЗ = f0 (кГц), а также измерить и занести в таблицу значения тока I, падений напряжения на катушке UL, на конденсаторе UC, на резисторе UR100 и сдвига фаз между током и напряжением j0. Ток в контуре измеряется цифровым вольтметром на резисторе R1 равном 1 Ом, на пределе mV.
Таблица 1
| f, кГц | UПИТ, В | I, mA | UL, В | UC, В | UR100, В | j0 |
| f РЕЗ – 0,5кГц =.…кГц | ||||||
| fРЕЗ = …….. кГц | ||||||
| f РЕЗ + 0,5кГц =.…кГц |
3.4. Уменьшить частоту генератора на 0,5 кГц по сравнению с резонансной частотой, поддерживая UПИТ равным 10 В. Произвести измерения аналогично п. 3.3 и заполнить верхнюю строку таблицы 1.
3.5. Увеличить частоту генератора на 0,5 кГц по сравнению с резонансной частотой. Повторить измерения, результаты занести в нижнюю строку таблицы 1.
3.6. Для измерения угла сдвига фаз необходимо на осциллографе с помощью регулировки добиться равенства амплитуд синусоид тока и напряжения. Изменяя длительность развертки по горизонтали («грубо» и «плавно») добиться, чтобы на экране осциллографа в шести клетках помещалась половина периода синусоиды. Тогда одной большой клетке экрана горизонтали будет соответствовать угол j0=1800/6 = 300.
При этом каждая большая клетка имеет пять малых делений, следовательно, на каждое из них приходится 300/5=60. Посчитать сколько маленьких делений отделяет одну синусоиду от другой, а результат умножить на цену деления, т.е. 60. В результате при максимальном размахе амплитуд на экране при их симметричном положении относительно средней линии измеряется угол сдвига фаз. Необходимо учитывать знак угла j0, указывающий опережение или отставание тока от питающего напряжения.
3.7. Рассчитать полное сопротивление цепи (контура):
UПИТ
ZКОНТ =, Ом
I
3.8. Активное сопротивление катушки рассчитывается из опыта резонансной частоты, когда полное сопротивление контура носит чисто активный характер и составляет:
ZКОНТ = RКОНТ = R100 + R1 + RL, Ом
3.9. Индуктивное сопротивление катушки и индуктивность рассчитываются из следующих соотношений:
UL
ZL = XL = ZL2 – RL2 XL [Ом]= 2pf×L [Гн]
I
3.10. Рассчитать емкость конденсатора из следующих соотношений:
UC 1
XC = =, Ом
I 2pf×C
3.11. Активная и индуктивная составляющая напряжения на катушке вычисляются из следующих соотношений:
UА = I × (RL + 101) cosj = UA / UПИТ, В
Результаты вычислений для всех трех значений частот занести в таблицу 2.
Таблица 2
| Z | ZL | RL | XL | L | XC | C | UА | cos j |
| Ом | Ом | Ом | Ом | мГн | Ом | мкФ | В | |
