Лабораторная работа № 4 Переходные процессы в rc-цепи

1. Цель работы.

Изучение и экспериментальная проверка переходных процессов, возни-

кающих при коммутациях в цепи, содержащей резисторы и конденсатор.

2. Подготовка к выполнению работы.

При подготовке к работе необходимо изучить явления переходных про- цессов, законы коммутации, методы расчета токов и напряжений в цепи в принужденном и переходном режимах, влияние параметров элемен- тов цепи на характеристики переходного процесса.

3. Экспериментальная часть.

_{3.1. Собрать схему (рис. 7). При этом в качестве резистора R использовать}

^R₁ ^{= (100 + n ⋅ 10), Ом, где n – номер лабораторного стенда.}

^{R2 = 100 Ом, С = 100 нФ.}

^{3.2. Установить напряжение источника E = 10 В. Напряжение генератора}

прямоугольных импульсов используется для управления работой ключа «К», осуществляющего коммутацию исследуемой цепи. Вели-

чина напряжения

^U _вых

= 10 В необходима для устойчивой работы

Рис. 7

_{ключа; частота генератора f = 2,5 кГц выбрана такой, чтобы за период}

_{коммутации}

_{T = 1}

_{f = 1 2, 5⋅10} ³ _{= 400 мкс переходные процессы при}

включении и отключении цепи практически заканчивались (т.е. не

«накладывались» по времени друг на друга). При работе ключа «К» с частотой f = 2,5 кГц (Т = 400 мкс) периодически повторяются процес- сы заряда и разряда конденсатора С. При этом:

_{– ключ «К» – размыкается – разряженный конденсатор С заряжается}

_{до Е по цепи: +Е,}

_{R1 ,}

_{R2 , C , –Е с постоянной времени}

заряда

^t _зар. ⁼ ( ^R₁ ^{+ R}₂ )^{⋅ C ;}

– ключ «К» – замыкается – заряженный конденсатор разряжается до

0 по цепи: +С,

^t _разр. ^{= R}₂ ^{⋅ C .}

R₂ , –С с постоянной времени разряда

Видно, что разряд в этой схеме происходит быстрее заряда конденсатора,

_{а токи заряда и разряда противоположны по направлению (см. рис. 7).}

3.3. Получить осциллограммы напряжений

^U R₁ ^,

^U R₂ ^,

U _C , поочередно

подключая осциллограф к соответствующим элементам схемы и зари- совать их в отчете, разместив все графики один под другим и со- вмещая время заряда и разряда конденсатора (масштаб изображе- ний на экране осциллографа выбрать следующим – по горизонтали

«0,05 мс/дел» на деление, по вертикали – «5 В» на деление). Отметить

на графиках области времени заряда и разряда конденсатора. Оценить верность графиков – при заряде конденсатора для любого момента времени по графикам должно выполняться условие:

^{U R 1 + U R2 +U С = Е ,}

^{при разряде конденсатора:}

^{U R2 +U С = 0 .}

^{3.4. Уменьшить емкость конденсатора С в 2 раза (С = 50 нФ) и повторить}

выполнение пункта 3.3. Сделать вывод о влиянии величины емкости на время переходного процесса.

4. Требования к отчету.

Отчет по работе должен содержать:

– схему и данные элементов схемы;

– осциллограммы напряжений на всех элементах схемы для двух значений конденсаторов;

^{– рассчитанные значения t зар.}

^{– выводы по работе.}

^{и t разр. , t зар.}

^{и t} _разр.

для двух значений С;

При защите лабораторной работы необходимо знать законы и методы расчета переходных процессов в электрических цепях любой конфи- гурации, понимать влияние элементов схемы и их величины на харак- теристики процессов.