Лабораторный практикум «Линейные и нелинейные электрические цепи» на стендах УИЛС–1 (стр. 9 )

З. Поддерживая постоянным входное напряжение контура, измерить ток, напряжения катушки и конденсатора и сдвиг фаз для 8–10 значений относительных частот в диапазоне 0,5…1,5. Измеренные значения занести в табл. 8.3. При отсутствии прибора, измеряющего сдвиг фаз, значения φ вычислить по (8.5).

Таблица 8.3

Частотные характеристики

№ п/п	η	f, Hz	I, mA	UC, V	UK, V	φ, …º	Z, Ω
1 …	0,5

4. По данным табл. 8.3 построить графики частотных характеристик I (η), UC(η), UK(η), φ(η) и Z(η).

5. Включить последовательно с катушкой и конденсатором блок переменного сопротивления. Рассчитать значение добавочного сопротивления , при котором Q = 10, и выставить его на блоке. Изменяя относительную частоту в диапазоне 0,5…1,5, измерить соответствующие значения тока. Результаты свести в табл. 8.4.

Таблица 8.4

Частотные характеристики при различных значениях Q

№ п/п	η	f, Hz	Q=5	Q=2,5	Q=10
I, A	I/I0	I, A	I/I0	I, A	I/I0
1 …	0,5

Повторить измерения для значений Q = 5 и Q = 2,5.

6. По данным табл. 8.3 и 8.4 построить семейство характеристик при различных значениях Q. Из графиков определить полосы пропускания. Данные занести в табл. 8.5.

В последнюю строку табл. 8.5 занести результаты обработки данных п. 4 для контура без добавочного сопротивления.

7. Сделать выводы по работе, обратив внимание на влияние добротности контура на частотные характеристики и на полосу пропускания.

Таблица 8.5

Полоса пропускания

Q	f1, Hz	f2, Hz	(f2-f1), Hz
По данным п.6	По выражению (8.4)
2,5 5 10 …

Литература для подготовки

[11, с. 122–136; 12, с. 135–140; 13, с. 95–100; 14, с. 175–181; 15, с. 212–217; 16, с. 262–267, 276–279, 281–283]

9. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9

Исследование влияния характера элементов цепи на форму тока при несинусоидальном напряжении источника

Цель работы – изучить влияние резистора, катушки и конденсатора на формы кривых тока при действии несинусоидального напряжения с последующей сравнительной оценкой кривых. В результате выполнения лабораторной работы студенты должны знать влияние характера элемента цепи на гармонический состав тока при несинусоидальном напряжении источника; уметь выполнять экспериментальным и расчетным путями гармонический анализ формы кривой тока; приобрести навыки сравнения различных

периодических несинусоидальных функций.

Различная зависимость сопротивлений резистора, катушки и конденсатора от частоты приводит к существенному различию в формах тока при действии несинусоидального напряжения. Отклонение формы тока от синусоидальной, наблюдаемое с помощью осциллографа, может быть охарактеризовано количественно на основе гармонического анализа.

Представление несинусоидального тока гармоническими составляющими имеет вид:

(9.1)

Нахождение постоянной составляющей I0, амплитуд IMK и начальных фаз ψik k-x гармоник при графическом задании закона изменения тока выполняется по зависимостям:

; ; ; (9.2)

где

; (9.3)

Здесь р – число равных участков, на которые разбивается период несинусоидальной кривой; n– номер участка; i (n) – значение функции в конце n –го участка; K – номер гармоники.

При количественной оценке различий в формах кривых применяются коэффициенты:

отношения амплитуд

;

амплитуды

; (9.4)

искажения

; (9.5)

где AMl, АMK– амплитуды соответственно первой и K-й гармоники; amax – максимальное значение несинусоидальной функции; А, А1, – действующие значения функции и ее первой гармоники.

В работе используются источник переменного напряжения при различных формах выходного сигнала, элемент наборного поля № 01 и блоки переменных сопротивления, индуктивности и емкости. Все необходимые для анализа параметры несинусоидальной функции определяются с помощью осциллографа.

Задачи работы – получение кривых тока в цепи при различных по характеру элементах (резистор, катушка, конденсатор) и заданном несинусоидальном напряжении источника; качественная оценка влияния вида элемента на гармонический состав тока; разложение на гармонические составляющие кривых напряжения и тока и сравнительный анализ по значениям оценочных коэффициентов.

Порядок и методика выполнения исследований

1. Включить источник переменного напряжения и, подключив его выход к осциллографу, выставить форму, частоту и максимальное напряжение согласно варианту задания (табл. 9.1).

Таблица 9.1

Варианты задания

Вариант	Параметры источника	R, Ω	L, mH	C, μF
Форма сигнала	f, kHz	Umax, V
1	/\/	1,0	10	100	30	0,5
2	_|¯|_	2,0	12	50	20	3,0
3	/\/	2,0	8	150	40	1,0
4	_|¯|_	4,0	14	200	30	2,5
5	/\/	2,5	12	120	20	0,8
6	_|¯|_	2,5	10	125	25	2,0
7	/\/	4,0	8	100	10	0,4
8	_|¯|_	1,0	14	200	40	5,0
9	/\/	2,0	12	150	30	1,2
0	_|¯|_	1,2	10	250	25	4,0

Примечание. Прямоугольная форма сигнала в таблице обозначена _|¯|_, треугольная – /\/.

Заданная форма сигнала устанавливается переключателем на лицевой панели блока переменного напряжения. Приближенное значение частоты выставляется переключателем «I - 8 kHz » и регулятором «Частота». Для установки заданного значения частоты по осциллографу рекомендуется предварительно определить период и добиться его значения на экране прибора с точностью не менее 5 %.

При установке требуемой частоты и напряжения следует для получения достоверных масштабов по горизонтали и вертикали вывести соответствующие ручки плавной развертки осциллографа вправо до упора (до щелчка). Измерения следует выполнять, получив предварительно на экране устойчивое изображение одного периода кривой.

2. Зарисовать кривую заданного напряжения на кальку и указать масштабы напряжения mu и времени mt. Имея в виду, что в работе исследуется влияние трех элементов на форму кривой тока, предусмотреть в отчете три графика u ( t ), с которыми в последующем будут совмещаться графики токов соответствующих элементов.

3. Установить заданные значения сопротивления, индуктивности и емкости на соответствующих 6локах переменных параметров. В дальнейшем подключать их поочередно к источнику согласно схеме рис. 9.1.

Рис. 9.1. Схема исследования

4. Подключить осциллограф и блок переменного сопротивления к схеме, как показано на рис. 9.1. В качестве дополнительного резистора R0 использовать элемент наборного поля № 01. Получив на экране изображение кривой тока iR резистора, зарисовать ее на кальку, определив в соответствии с рекомендациями п. 1 масштабы mIR и mt, которые следует указать на графике iR(t). Необходимо учесть, что mi = mu0 / R0, где mu0 – масштаб напряжения на добавочном резисторе R0, найденный в соответствии с указаниями п. 1.

5. Выполнить действия, аналогичные указанным в п. 4, при поочередном подключении катушки и конденсатора. Получив осциллограммы iL (t) и iC ( t ), нанести их на кальку. Масштабы miL и miC выбрать такими, чтобы обеспечить удобство последующего анализа кривых.

6. Определить по данным п. 2 значения u ( n ) в конце каждого n –го интервала и занести их в табл. 9.2.

Та6лица 9.2

Результаты обработки экспериментальных данных

Значение функции в интервала разбиения полупериода	Максимальное значение функции
Исследуемая величина	Номер интервала
1	2	3	…
u(n), V
iR(n), A
iL(n), A
iC(n), A

Примечание. Число интервалов полупериода выбрано …