3. Программа лабораторной работы

3.1. Описание лабораторной установки

Лабораторная установка включает лабораторный стенд, на лицевой панели которого размещены по три гнезда от каждого из трех сопротивлений R1, R2, R3, трех катушек индуктивности L1, L2, L3 и трех конденсаторов С1, С2, С3 (см. рис. 3.1.).

Значения сопротивлений, индуктивностей и емкостей изменяются ступенчато с помощью соответствующих переключателей на панели стенда. Каждое из сопротивлений R1, R2, R3 может принимать значение 100 Ом, 350 Ом, 1 кОм и 2,2 кОм. Индуктивность каждой из катушек L1, L2, L3 может быть равна 10 мГн, 22 мГн, 51 мГн и 82 мГн. Емкость каждого из конденсаторов С1, С2, С3 может быть 1 мкФ, 2,3 мкФ, 5 мкФ и 10 мкФ.

При проведении исследований возможно применение внешних конденсаторов.

Лабораторная установка включает также двухканальный осциллограф и генератор синусоидальных сигналов.

3.2. Предварительное задание

Повторить раздел “Линейные электрические цепи синусоидального тока” [1].

3.3. Программа работы

3.3.1. Определение параметров катушки индуктивности

В соответствии с рис. 3.2 собрать схему, содержащую генератор синусоидальных сигналов Г1, катушки индуктивности L1 и L2, сопротивление R1 и двухканальный осциллограф ЛО. Значения индуктивностей получить у преподавателя.

Осциллограф позволяет получить осциллограммы напряжения всей цепи U₁ и, напряжение U₂ на сопротивлении R1. Это позволяет определить сдвиг фаз φ между этими напряжениями. Напряжение U₂ пропорционально току цепи, поэтому φ – сдвиг фаз между напряжением и током.

Р ассматриваемой цепи соответствует треугольник сопротивлений на рис. 3.3. Активное сопротивление цепи

,

где и – сопротивления катушек индуктивности.

Индуктивное сопротивление

,

где и – индуктивности катушек.

Изменяя частоту f генератора, обеспечить заметный сдвиг фаз φ между осциллографируемыми напряжениями. Удобным является сдвиг фаз φ = 45°. Определить частоту f и амплитуды U_m1 и U_m2 измеряемых напряжений U₁ и U₂.

Вычислить амплитуду тока по формуле

.

Вычислить полное сопротивление цепи

.

Исходя из частоты f определить и на основе треугольника сопротивлений вычислить индуктивное сопротивление цепи и суммарную индуктивность катушек .

Вычислить сопротивление R и суммарное сопротивление катушек .

Сравнить полученные данные с указанными на панели стенда параметрами катушек индуктивности.

3.3.2. Определение параметров конденсатора

Собрать схему в соответствии с рис. 3.4. Значение емкости конденсатора С1 получить у преподавателя.

П ервым каналом осциллографа измерять напряжение U₁ конденсатора, вторым каналом – напряжение U₂ резистора R₁. Напряжение U₂ пропорционально току конденсатора.

Определить частоту напряжения питания цепи f и сдвиг фаз φ между напряжением и током конденсатора. Измерить амплитуды U_m1 и U_m2 напряжений U₁ и U₂. Определить амплитуду тока конденсатора по формуле

.

Сопротивление конденсатора x_C = 1/C вычислить по формуле

.

Вычислить емкость конденсатора. Сравнить полученное значение с указанным на панели номиналом.