Министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации Ордена трудового красного знамени федеральное государственное

бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Московский технический университет связи и информатики»

Кафедра

Теория электрических цепей

Лабораторная работа №32

«Исследование пассивных цепей при гармоническом воздействии на постоянной частоте»

Выполнил студент

Группы БСТ

Фамилия И.О.

Проверил доц. Микиртичан А.Г.

Оглавление

1 Цель работы 3

2 Задание для лабораторной работы 3

3 Предварительный расчет 3

4. Машинный эксперимент 10

4.1. Исследование модуля и фазы комплексного сопротивления С-цепи. 10

4.2. Исследование модуля и фазы комплексного сопротивления RС-цепи. 13

4.3. Исследование модуля и фазы комплексного напряжения на конденсаторе RC-цепи. 14

4.4. Исследование модуля и фазы комплексного сопротивления L-цепи. 15

4.5. Исследование модуля и фазы комплексного сопротивления RL-цепи. 17

4.6. Исследование модуля и фазы комплексного напряжения на катушке RL-цепи. 18

Выводы. 19

Вопросы для самопроверки 21

1 Цель работы

С помощью программы Micro-Cap исследовать электрический режим конденсатора и катушки индуктивности в цепях гармонического тока. Сравнить полученные характеристики с помощью программы Micro-Cap, с аналогичными характеристиками, полученными расчетным путем.

2 Задание для лабораторной работы

Изучить основные положения ТЭЦ о частотных характеристиках электрических цепей, о комплексных сопротивлениях RC- и RL-цепей. Познакомится с возможностями схемотехнического моделирования. Выполнить предварительный расчет, письменно ответить на вопросы для самопроверки.

3 Предварительный расчет

3.1. Расчет в алгебраической форме комплексного сопротивления конденсатора (рис.1), определение его полного сопротивления и аргумента arg на пяти частотах 1, 2, 3, 4 и 5 кГц, если С = 32 нФ.

Рис.1

Формулы для расчета:

– комплексное сопротивление конденсатора;

– емкостное сопротивление конденсатора;

– модуль комплексного сопротивления конденсатора;

– аргумент (фаза) комплексного сопротивления конденсатора;

- мнимая единица;

– угловая частота;

f – частота.

Полученные величины занесли в таблицу 1 предварительного расчета.

Таблица 1 – Расчет сопротивления конденсатора

По предварительному расчету						Получено экспериментально
f, кГц	С, нФ	Ом	Ом	град.	Ом		град.
1	32	-j4974	4974	-90	4974		-90
2	32	-j2487	2487	-90	2487		-90
3	32	-j1658	1658	-90	1658		-90
4	32	-j1243	1243	-90	1243		-90
5	32	-j994,72	994,72	-90	994,724		-90

Векторная диаграмма показана на рис. 2.

Рис.2

- сопротивление конденсатора на частоте f = 1 кГц, - сопротивление конденсатора на частоте f = 2 кГц, - сопротивление конденсатора на частоте f = 3 кГц, - сопротивление конденсатора на частоте f = 4кГц, - сопротивление конденсатора на частоте f = 5 кГц.

3.2. Расчет в алгебраической форме комплексного сопротивления RC-цепи (рис.3) для пяти частот 1, 2, 3, 4, 5 кГц. Определение его полного сопротивления и аргумента, если R = 2500 Ом, С = 32 нФ.

Рис.3

Формулы для расчета:

– комплексное сопротивление RC-цепи;

– модуль комплексного сопротивления двухполюсника;

– аргумент (фаза) комплексного сопротивления двухполюсника;

- мнимая единица;

– угловая частота;

f – частота.

Полученные величины занесли в таблицу 2.

Таблица 2 – Расчет полного сопротивления RC-цепи

По предварительному расчету						Получено экспериментально
f, кГц	С, нФ	R, кОм	Ом	Ом	град.	Ом	град.
1	32	2,5	2500-j4974	5567	-63,3	5567	-63,3
2	32	2,5	2500-j2487	3526	-44,9	3526	-44,9
3	32	2,5	2500-j1658	3000	-33,6	3000	-33,6
4	32	2,5	2500-j1243	2792	-26,4	2792	-26,4
5	32	2,5	2500-j994,72	2691	-21,7	2691	-21,7

Векторная диаграмма показана на рис.4.

Рис.4

- комплексное сопротивление RC-цепи на частоте f = 1 кГц, - комплексное сопротивление RC-цепи на частоте f = 2 кГц, - комплексное сопротивление RC-цепи на частоте f = 3 кГц, - комплексное сопротивление RC-цепи на частоте f = 4кГц, - комплексное сопротивление RC-цепи на частоте f = 5 кГц.

3.3. Расчет напряжения на конденсаторе , если на частотах 1, 2, 3, 4, 5 кГц, определение его модуля и фазы (рис.5).

Рис.5

Формулы для расчета:

– комплексный ток;

– комплексное падение напряжения;

- комплексное напряжение на конденсаторе.

Полученные данные занесли в таблицу 3.

Таблица 3 – Расчет напряжения на конденсаторе

По предварительному расчету								Получено экспериментально
f, кГц	С, нФ	R, кОм	U1, В	U2, В	φ, град.	, В	U2, В		φ, град.
1	32	2,5	0,707	0,893	-26,7		0,893		-26,7
2	32	2,5	0,707	0,705	-45,2		0,705		-45,2
3	32	2,5	0,707	0,553	-56,5		0,553		-56,5
4	32	2,5	0,707	0,445	-63,6		0,445		-63,6
5	32	2,5	0,707	0,37	-68,3		0,37		-68,3

3.4. Расчет в экспоненциальной форме комплексного сопротивления катушки индуктивности (рис.6) для пяти частот 1, 2, 3, 4, 5 кГц. Определение ее полного сопротивления и аргумента, если L = 31 мГн.

Рис.6

Формулы для расчета:

– комплексное сопротивление катушки;

– индуктивное сопротивление катушки;

– модуль комплексного сопротивления катушки;

– аргумент (фаза) комплексного сопротивления катушки;

- мнимая единица;

– угловая частота;

f – частота.

Полученные данные занесли в таблицу 4.

Таблица 4 – Расчет сопротивления катушки индуктивности

По предварительному расчету						Получено экспериментально
f, кГц	L, мГн	Ом	Ом	град.	Ом		град.
1	31	j194,779	194,779	90	194,779		90
2	31	j389,557	389,557	90	389,557		90
3	31	j584,336	584,336	90	584,336		90
4	31	j779,115	779,115	90	779,115		90
5	31	j973,894	973,894	90	973,894		90

Векторная диаграмма (рис.7).

Рис.7

- комплексное сопротивление катушки на частоте f = 1 кГц, - комплексное сопротивление катушки на частоте f = 2 кГц, - комплексное сопротивление катушки на частоте f = 3 кГц, - комплексное сопротивление катушки на частоте f = 4кГц, - комплексное сопротивление катушки на частоте f = 5 кГц.

3.5. Расчет в алгебраической форме комплексного сопротивления RL-цепи (рис.8) для пяти частот 1, 2, 3, 4, 5 кГц. Определение его полного сопротивления и аргумента, если R = 2500 Ом, L = 31 мГн.

Рис.8

Формулы для расчета:

– комплексное сопротивление RL-цепи;

– модуль комплексного сопротивления двухполюсника;

– аргумент (фаза) комплексного сопротивления двухполюсника;

- мнимая единица;

– угловая частота;

f – частота.

Полученные данные занесли в таблицу 5.

Таблица 5 – Расчет полного сопротивления RL-цепи

По предварительному расчету							Получено экспериментально
f, кГц	L, мГн	R, кОм	Ом	Ом	град.	Ом		град.
1	31	2,5	2500+j194,779	2508	4,5	2508		4,5
2	31	2,5	2500+j389,557	2530	8,9	2530		8,9
3	31	2,5	2500+j584,336	2567	13,2	2567		13,2
4	31	2,5	2500+j779,115	2619	17,3	2619		17,3
5	31	2,5	2500+j973,894	2683	21,3	2683		21,3

Векторная диаграмма показана на рис.9.

Рис.9

- комплексное сопротивление RL-цепи на частоте f = 1 кГц, - комплексное сопротивление RL-цепи на частоте f = 2 кГц, - комплексное сопротивление RL-цепи на частоте f = 3 кГц, - комплексное сопротивление RL-цепи на частоте f = 4кГц, - комплексное сопротивление RL-цепи на частоте f = 5 кГц.

3.6. Расчет напряжения на катушке индуктивности , если для пяти частот 1, 2, 3, 4, 5 кГц, определение его модуля и фазы (рис.10).

Рис. 10

Полученные данные занесли в таблицу 6.

Таблица 6 – Расчет напряжения на катушке индуктивности

По предварительному расчету								Получено экспериментально
f, кГц	L, мГн	R, кОм	U1, В	U2, В	φ, град.	, В	U2, В		φ, град.
1	31	2,5	0,707	0,078	85,5		0,078		85,5
2	31	2,5	0,707	0,154	81,1		0,154		81,1
3	31	2,5	0,707	0,228	76,8		0,228		76,8
4	31	2,5	0,707	0,298	72,7		0,298		72,7
5	31	2,5	0,707	0,363	68,7		0,363		68,7