Линейные электрические цепи: лабораторный практикум (стр. 4 )

в) установить длительности развертки такой, чтобы расстояние l1 между моментами, когда колебания имеют одинаковую фазу, укладывалось бы наиболее близко к 10 большим делениям шкалы экрана. Измерить интервал времени Tx между моментами, когда колебания имеют одинаковую фазу

г) определить сдвиг фаз в градусах по соотношению:

j ° =360° ·Tx/T, (1.6)

Заметим, что измерение сдвига при помощи второго метода менее удобно по сравнению с измерениями первым методом, т. к. для определения интервала времени T1 между точками колебания с одинаковыми фазами и длительности периода T требуется знание длительности развертки TP. Однако появляется возможность по известному периоду T попутно определить частоту сигналов ¦=1/T, если она неизвестна. Таким образом, второй метод включает в себя как методику определения частоты колебания, так и методику определения сдвига фаз, т. е. является более общим.

Пример. Пусть на входы усилителей YI и YII поданы гармонические колебания a1(t) и a2(t) соответственно. Оба колебания имеют одинаковую частоту, но различные начальные фазы. Причем, переключатель “ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ВРЕМЯ/ДЕЛЕН.” находится в положении “0,5 ms”, а тумблер множителя развертки - в положении “0,2”. При этом период сигналов занимает 8 делений (LT).

В рассматриваемом случае длительность развертки TP с учетом множителя развертки равна TP=0,2·0,5 мс/дел = 0,1 мс/дел. Так как один период колебания имеет длину LT=8 делений, то длительность периода будет равна: T=LT·TP=8·0,1=0,8 мс.

Расстояние l1 между точками пересечения изображений сигналов с горизонтальной осью равно 1,8 делениям, следовательно, интервал времени, соответствующий моментам, когда колебания имеют одинаковую фазу, будет равен: TX=l1·TP=1,8·0,1=0,18 мс. Сдвиг фаз между колебаниями a1(t) и a2(t) определяется как j°=360°·TX/T=360°·0,18·10-3/(0,8·10-3) = 81°. Причем, как это видно из приведенных на рисунке осциллограмм колебаний, колебание a1(t) опережает по фазе колебание a2(t).

3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

3.1 Измерение амплитудных значений периодических колебаний

1) Познакомьтесь с основными техническими данными, расположением и назначением органов управления и настройки приборов: генератора сигналов (ГнС) Г3-112, электронного милливольтметра (МВМ) В3-38, двухлучевого электронного осциллографа (ЭО) С1-55, лабораторного стенда. Подготовить приборы к работе.

2) Познакомьтесь с методикой измерения с помощью осциллографа размаха и частоты колебания, а также сдвига фаз между двумя колебаниями одинаковой частоты

3) С помощью прямого коаксиального кабеля с двумя байонетными разъемами соедините выходное гнездо генератора с входным гнездом стенда, расположенным на его передней панели. При этом сигнал генератора подается на гнездо “ИСТОЧНИК НАПРЯЖЕНИЯ” лабораторного стенда.

4) Установите на МВМ переключатель “dB mV”, “V dB” верхнего уровня измеряемого напряжения в положение “30V”. Подключите к гнезду «ВХОД» прибора кабель с одним байонетным разъемом и вилкой.

Вилка имеет корпусной и потенциальный выводы. Их легко определить экспериментально. Для этого достаточно установить переключатель поддиапазонов в положение "1 V" и поочередно прикоснуться к каждому выводу вилки. При прикосновении к корпусному выводу вилки стрелка прибора или остается на месте, или слегка приближается к нулевой отметке, а при прикосновении к потенциальному выводу вилки она заметно отклоняется вправо.

2)  Подключите прямой коаксиальный кабель к байонетному разъему “ВХОД 1MW 40” усилителя Y1 ЭО, который на рисунке 1.7 для удобства обозначен надписью “Вх. I” и изображен в виде двух гнезд - корпусного, отмеченного значком “^“, и потенциального. Аналогичным образом обозначен и изображен входной байонетный разъем усилителя YII, который в данном эксперименте не используется.

Экспериментально определить корпусный и потенциальный выводы вилки кабеля достаточно просто. Если дотронуться пальцем до корпусного вывода вилки, то на экране ЭО будет просто горизонтальная линия; если же дотронуться до потенциального вывода вилки, то на экране появятся беспорядочные кривые.

5) Соберите схему, изображенную на рисунке 1.7.

Корпусные выводы вилок соединительных кабелей приборов необходимо подключить к левому корпусному гнезду источника напряжения стенда, а потенциальные выводы вилок кабелей - к правому гнезду источника (рисунок 1.7).

6) Тумблер “~ “ переключения режимов работы ГнС установите в положение “~“, выбрав, тем самым, режим генерирования гармонического колебания. С помощью переключателя “МНОЖИТЕЛЬ” и ручками “ЧАСТОТА Hz” ГнС установите одну из следующих частот: 1, 2, 3, 4, 5 или 6 кГц. (согласно № Вашего макета).

7) Ручкой “РЕГУЛИРОВКА УРОВНЯ” последовательно установите по МВМ действующие значения выходного напряжения источника UV, равные 1, 2, 3, 4, 5 В. С помощью ЭО для заданной частоты ¦ измерьте величину размаха UP колебания для каждого из указанных значений напряжений источника. Измеренные значения размаха UP колебания в вольтах занесите в таблицу 1.1.

8) Тумблер “~ “ выбора режима работы ГнС переключите в положение ”“, тем самым, установите режим работы генератора, при котором генерируются прямоугольные колебания типа “меандр”. Измерьте с помощью ЭО величину размаха UP прямоугольного колебания, аналогично тому, как это было сделано выше. Измеренные значения UP в вольтах занесите в таблицу 1.1.

Таблица 1.1

¦=…кГц
Экспериментальные данные	Рассчитано по экспериментальным данным
UV, В	UP, В	Um, В	U, В	U, В	d u, %
Гармонические колебания
1 2 3 4 5
Прямоугольные колебания
1 2 3 4 5

3.2 Измерение частоты периодических колебаний

Для измерения частоты ¦ периодического колебания, может быть использована та же ЭЦ, что и при измерениях амплитудных значений сигнала. Схема ЭЦ приведена на рисунке 1.7.

1) Тумблер “ ~ “ переключения режимов работы ГнС установите в положение “~“. Ручкой “РЕГУЛИРОВКА УРОВНЯ” с помощью МВМ установите одно из следующих значений выходного напряжения источника: 1, 2, 3, 4, 5В (согласно №. Вашего макета).

2) С помощью переключателя “МНОЖИТЕЛЬ” и ручками “ЧАСТОТА Hz” генератора последовательно установите частоты ¦ гармонических колебаний, которые указаны в первой графе таблицы 1.2. Для каждой частоты произведите измерения и экспериментальные данные занесите в таблицу. Расчетное значение длительности периода Т может служить для ориентировочного выбора длительности развертки ЭО.

Таблица 1.2

U=…В
Исходные данные	Экспериментальные данные	Рассчитано по экспериментальным данным
¦, кГц	Т, мc	ТР, мс/дел.	n	l, дел.	¦Э, кГц	¦, кГц	d¦, %
1 4 13 52 200 820 3300

3.3 Измерение сдвига фаз между гармоническими колебаниями одинаковой частоты

1) Для измерения сдвига фаз между напряжением и током на реактивном элементе цепи (катушке индуктивности) соберите ЭЦ, схема которой приведена на рисунке 1.8. Значения индуктивности LB катушки индуктивности и сопротивления RP приведены в таблице приложения 1 настоящих методических указаний.

2) Установите на ГнС режим генерирования гармонических колебаний. Ручку “РЕГУЛИРОВКА УРОВНЯ” установите в крайнее правое положение, соответствующее максимальному значению выходного напряжения источника.

3) Устанавливая на генераторе значения частот ¦ гармонических колебаний равными 1, 2, 3, 4 и 5 кГц, произведите для каждой из указанных частот измерение сдвига фаз между напряжением Uac=U и напряжением Ubc, которое совпадает по фазе с током I. Таким образом, измеряется сдвиг фаз между напряжением, приложенным к катушке индуктивности, и током, протекающим через катушку. Измерение произведите двумя методами. Результаты измерений внесите в таблицу 1.3.