ОТЦ / Lab_rab_df

УДК 621.37(076.5) ББК 31.211я73 О-739

Составитель:

к.т.н., доцент кафедры «Энергетика и БЖД»

И.Н. Елисеев

Рецензенты:

д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Радиоэлектронные системы»

В.И. Марчук

к.т.н., профессор кафедры «Информационные системы и радиотехника»

Е.И. Старченко

О-739 Основы теории цепей: практикум / составитель И.Н. Елисеев. – Шахты: Изд-во ЮРГУЭС, 2007. – 100 с.

В практикуме изложены методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Основы теории цепей», разработанные на основе ГОС ВПО для направления 210300 «Радиотехника» и специальностей 210303 «Бытовая радиоэлектронная аппаратура» и 210302 «Радиотехника». Тематика лабораторных работ отражает содержание наиболее важных разделов дисциплины ОТЦ. Структура, порядок и уровень изложения материала практикума ориентированы на модульное изучение курса студентами.

УДК 621.37(076.5) ББК 31.211я73

© Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса, 2007

© Елисеев И.Н., 2007

2

ВВЕДЕНИЕ

Предлагаемый практикум по курсу «Основы теории цепей» предназначен для студентов направления 210300 «Радиотехника» Южно-Рос- сийского государственного университета экономики и сервиса (ЮРГУЭС).

Дисциплина «Основы теории цепей» является одной из основных для специальностей направления 210300, от усвоения материала которой существенно зависят изучение и глубокое понимание последующих специальных курсов. Современный этап развития этой дисциплины характеризуется использованием новых методов расчета электрических цепей, абстрагированных от физических явлений и процессов, которые в них протекают. Это позволяет широко использовать для расчета электрических цепей современные электронные вычислительные машины. Вместе с тем, в последнее время при изучении основных понятий и законов теории электрических цепей существенное внимание уделяется изучению физики явлений, исследованию и управлению ими в динамике.

При изучении курса «Основы теории цепей» на лабораторных занятиях осуществляется один из важнейших этапов учебного процесса – связь теории с практикой, в результате чего студенты приобретают необходимые теоретические знания и практические навыки по работе с приборами и оборудованием, проведению экспериментов, по обработке и обобщению полученных результатов.

Тематика лабораторных работ отражает содержание основных разделов курса «Основы теории цепей» и соответствует государственному образовательному стандарту по этой дисциплине. В содержании каждой работы сформулированы цель ее постановки, описана принципиальная электрическая схема стенда, изложены методика подготовки к работе и методика ее выполнения, основные теоретические положения, а также перечень контрольных вопросов и список рекомендуемой литературы. Последовательность выполнения работ устанавливается преподавателем. Выполнение каждой лабораторной работы включает этапы подготовки к работе, проведения исследований в лаборатории, обработки результатов и оформления отчета, зачета по работе.

Подготовка к лабораторной работе

До прихода в лабораторию студент обязан:

изучить описание стенда лабораторной работы, программу и методику ее выполнения, теоретический материал соответствующего

4

Лабораторная работа № 1 ОЗНАКОМИТЕЛЬНАЯ РАБОТА

1.1Цель работы: ознакомление с приборами, используемыми в цикле лабораторных работ.

1.2Оборудование и материалы: низкочастотный генератор «Электроника», осциллограф С1-72, милливольтметр В3-33, источник питания «Электроника», микрокалькуляторы «Электроника Б3-21» и «Электроника Б3-34».

1.3Порядок выполнения работы

1.3.1Изучить по техническому описанию технические данные и правила работы с генератором «Электроника», находящемся на рабочем месте. Используя органы установки частоты генератора, установить значение частоты 80 Гц, 1 кГц и 50 кГц. С помощью измерительного прибора генератора установить действующее значение выходного напряжения 1 В, 0,5 В на частоте f = 100 Кгц.

1.3.2По техническому описанию милливольтметра, находящегося на рабочем месте, изучить его технические данные и порядок работы с ним.

Спомощью милливольтметра измерить действующее значение напряжения на выходе генератора.

1.3.3Изучить по техническому описанию правила работы с электронным генератором, установленном на рабочем месте. Получить на экране осциллографа изображение трёх периодов напряжения, снимаемого с выхода генератора. Использовать поочерёдно внутреннюю и внешнюю синхронизацию развёртки осциллографа.

1.3.4Изучить по техническому описанию правила работы с блоком питания, установленном на рабочем месте.

1.3.5Подать на вход усилителя вертикального отклонения осциллографа напряжение с выхода генератора. Подать на вход усилителя горизонтального отклонения напряжение частотой 50 Гц от источника питания. Произвести необходимые переключения режимов работы осциллографа и, изменяя частоту напряжения, снимаемого с генератора, добиться изображения эллипса на экране осциллографа. Сравнить показания шкалы отсчёта частоты генератора с частотой сети.

1.3.6Измерить с помощью осциллографа амплитуду и действующее значение выходного напряжения генератора. Сравнить измеренное действующее значение с показанием вольтметра генератора.

1.3.7Изучить по техническому описанию правила работы с микрокалькуляторами «Электроника Б3-21» и «Электроника Б3-34» в режиме вычислений.

6

Лабораторная работа № 2 ПРОСТЕЙШИЕ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

2.1Цель работы: исследование частотных характеристик простейших цепей переменного тока.

2.2Оборудование и материалы: электрический стенд для исследования простейших цепей переменного тока, низкочастотный генератор, милливольтметр В3-33, осциллограф С1-72 или С1-73.

Принципиальная электрическая схема стенда приведена на рисунке 2.1.

Спомощью гнезд 1-17 и электрических проводников между входом

ивыходом стенда обеспечивается включение цепи, состоящей из резистора R, конденсатора С или из резистора R и индуктивности L.

Упрощенные принципиальные электрические схемы стенда, необходимые для выполнения работы, представлены на рисунках 2.2 и 2.3. Схема рисунка 2.2а получается путем соединения между собой с помощью электрических проводников гнезд 6 и 8, 7 и 9, 12 и 13; схема рисунка 2.2б – путем соединения гнезд 6 и 8, 7 и 9, 3 и 13. Для получения схем рисунка 2.3 вместо емкости С к гнездам 8, 9 подключаются выводы 10, 11 катушки индуктивности L. Схемы рисунков 2.3а и 2.3б образуются путем соединения между собой гнезд 12 и 13 в первом случае и гнезд 3 и 13 во втором.

Гнезда 1, 2 (вход стенда) предназначены для подключения низкочастотного генератора. Напряжение на входе стенда устанавливается и контролируется по измерительному прибору генератора. Гнезда 16, 17 (выход стенда) предназначены для подключения милливольтметра, а гнезда 4, 5 (“X”) и 14, 15 (“Y”) – для подключения соответственно усилителя горизонтального и вертикального отклонения осциллографа, что необходимо при измерении угла сдвига фаз между входным и выходным напряжением.

2.3 Сведения из теории

Расчет простейших RL- и RC-цепей при воздействии на их входе гармонического напряжения

атакже гармонических напряжений на элементах цепи R, L или R, C.

Ввыражениях (2.1) и (2.2) приняты следующие обозначения:

UmIm – амплитудные значения гармонического напряжения и тока соответственно; f – частота изменения гармонического напряжения и тока; – начальная фаза гармонического напряжения.

8

Рисунок 2.1 – Принципиальная схема стенда

Рисунок 2.2 – Упрощённые принципиальные схемы стенда (RC-цепь)

Рисунок 2.3 – Упрощённые принципиальные схемы стенда (RL-цепь)

9

Рисунок 2.4 – Источник напряжения и параллельная RC-цепь

Рисунок 2.5 – Источник напряжения и параллельная RL-цепь

Как видно из выражения (2.2), для определения величины гармонического тока i(t) необходимо найти его амплитуду Im или действующее значение I и фазовый сдвиг .

Для расчета простейших RL- и RC-цепей при воздействии на их входе гармонического напряжения, определяемого выражением (2.1), используют метод комплексных амплитуд. Суть данного метода заключается в переходе от гармонической функции u(t) к комплексной амплитуде Um или

комплексному действующему значению U , в определении комплексного сопротивления цепи Ż и нахождении комплексной амплитуды тока İm или комплексного действующего значения İ. Затем осуществляется переход от комплексного амплитудного или действующего значения тока к его мгновенному значению, определяемому выражением (2.2). Комплексные ам-

плитудное Um и действующее U значения напряжения связаны с параметрами гармонической функции (2.1) соотношениями:

где R – активная составляющая комплексного сопротивления цепи; X – реактивная составляющая комплексного сопротивления цепи.

10