Лабораторные работы / Лабораторная работа №3 (32)
.docxМинистерство 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»
(МТУСИ)
Кафедра «Теория электрических цепей»
Лабораторная работа №3
«Исследование пассивных цепей при гармоническом
воздействии на постоянной частоте»
Выполнил студент группы
------
Проверил доцент кафедры «Теория электрических цепей»
-----------
Москва 2025
Задание
1.1 Рассчитать в алгебраической форме комплексное сопротивление конденсатора ZC, определить его полное сопротивление |ZC| (модуль) и аргумент arg(ZС) (фазу) на пяти частотах 1, 2, 3, 4 и 5 кГц, если С = 25 нФ. Построить векторную диаграмму. Полученные величины занести в таблицу 1.
Таблица 1
По предварительному расчету |
Получено экспериментально |
||||||
f, кГц |
C, нФ |
ZC, Ом |
|ZC|, Ом |
arg(ZC), град. |
|ZC|, Ом |
arg(ZC), град. |
|
1 |
25 |
-6366,2j |
6366,2 |
-90 |
6366 |
-90 |
|
2 |
25 |
-3183,1j |
3183,1 |
-90 |
3183 |
-90 |
|
3 |
25 |
-2122,1j |
2122,1 |
-90 |
2122 |
-90 |
|
4 |
25 |
-1591,5j |
1591,5 |
-90 |
1592 |
-90 |
|
5 |
25 |
-1273,2j |
1273,2 |
-90 |
1273 |
-90 |
|
Рисунок 1 – Векторная диаграмма модуля сопротивления C-цепи.
В среде MicroCap выполнить моделирование работы схемы (рис. 2). Результаты записать в таблицу 1. Построить в MicroCap графики указанных зависимостей.
Рисунок 2 – С-цепь
Рисунок 3 – График зависимости модуля сопротивления С-цепи от частоты.
Рисунок 4 – График зависимости фазы сопротивления С-цепи от частоты.
1.2 Рассчитать в алгебраической форме комплексное сопротивление ZRC RC-цепи (рис. 6) для пяти частот 1, 2, 3, 4 и 5 кГц, определить его полное сопротивление и аргумент, если R = 3,5 кОм, С = 25 нФ. Построить векторную диаграмму. Полученные величины занести в таблицу 2.
Таблица 2
По предварительному расчету |
Получено экспериментально |
|||||||
f, кГц |
C, нФ |
R, кОм |
ZRC, Ом |
|ZRC|, Ом |
arg(ZRC), град. |
|ZRC|, Ом |
arg(ZRC), град. |
|
1 |
25 |
3,5 |
3500 - j6366 |
7264,9 |
-61,2 |
7265 |
-61.199 |
|
2 |
25 |
3,5 |
3500 - j3183 |
4731,0 |
-42,3 |
4731 |
-42.285 |
|
3 |
25 |
3,5 |
3500 - j2122 |
4093,1 |
-31,2 |
4093 |
-31.229 |
|
4 |
25 |
3,5 |
3500 - j1591 |
3844,9 |
-24,5 |
3845 |
-24.453 |
|
5 |
25 |
3,5 |
3500 - j1273 |
3724,4 |
-20,0 |
3724 |
-19.991 |
|
Рисунок 5 – Векторная диаграмма сопротивления RC-цепи.
В среде MicroCap выполнить моделирование работы схемы (рис.6). Результаты записать в таблицу 2. Построить в MicroCap графики указанных зависимостей.
Рисунок 6 – RC-цепь.
Рисунок 7 – График зависимости модуля комплексного сопротивления от частоты.
Рисунок 8 – График зависимости фазы комплексного сопротивления от частоты.
1.3 Рассчитать напряжения на конденсаторе U2=U2ejφ, если U1=1,27ej0 на частотах 1, 2, 3, 4 и 5 кГц, определить его модуль и фазу (рис. 9). Записать комплексное напряжение U2 в экспоненциальной форме. Полученные данные занести в таблицу 3.
Таблица 3
По предварительному расчету |
Получено экспериментально |
||||||||
f, кГц |
C, нФ |
R, кОм |
U1, В |
U2, В |
φ, град. |
U2, В |
U2, В |
φ, град. |
|
1 |
25 |
3,5 |
1,27 |
1,11 |
-28,8 |
1,11 |
1.113 |
-28.801 |
|
2 |
25 |
3,5 |
1,27 |
0,85 |
-47,7 |
0,85 |
0.854 |
-47.715 |
|
3 |
25 |
3,5 |
1,27 |
0,66 |
-58,8 |
0,66 |
0.658 |
-58.771 |
|
4 |
25 |
3,5 |
1,27 |
0,53 |
-65,5 |
0,53 |
0.525 |
-65.547 |
|
5 |
25 |
3,5 |
1,27 |
0,43 |
-70,0 |
0,43 |
0.434 |
-70.009 |
|
В среде MicroCap выполнить моделирование работы схемы (рис. 9). Результаты записать в таблицу 3. Построить в MicroCap графики указанных зависимостей.
Рисунок 9 – Напряжение на конденсаторе.
Рисунок 10 – График зависимости модуля комплексного напряжения на конденсаторе от частоты.
Рисунок 11 – График зависимости фазы комплексного напряжения на конденсаторе от частоты.
1.4 Рассчитать в экспоненциальной форме комплексное сопротивление катушки индуктивности ZL для пяти частот 1, 2, 3, 4 и 5 кГц, определить её полное сопротивление и аргумент, если L = 35 мГн. Построить векторную диаграмму. Полученные величины занести в таблицу 4.
Таблица 4
По предварительному расчету |
Получено экспериментально |
||||||
f, кГц |
L, мГн |
ZL, Ом |
|ZL|, Ом |
arg(ZL),град. |
|ZL|, Ом |
arg(ZL),град. |
|
1 |
35 |
219,91j |
219,91 |
90 |
219.912 |
90 |
|
2 |
35 |
439,82j |
439,82 |
90 |
439.823 |
90 |
|
3 |
35 |
659,73j |
659,73 |
90 |
659.736 |
90 |
|
4 |
35 |
879,65j |
879,65 |
90 |
879.649 |
90 |
|
5 |
35 |
1099,56j |
1099,56 |
90 |
1100 |
90 |
|
Рисунок 12 – Векторная диаграмма сопротивления L-цепи.
В среде MicroCap выполнить моделирование работы схемы (рис. 13). Результаты записать в таблицу 4. Построить в MicroCap графики указанных зависимостей.
Рисунок 13 – L-цепь.
Рисунок 14 – График зависимости модуля комплексного сопротивления катушки от частоты.
Рисунок 15 – График зависимости фазы комплексного сопротивления катушки от частоты.
1.5 Рассчитать в алгебраической форме комплексное сопротивление ZRL RL-цепи (рис. 3) для пяти частот 1, 2, 3, 4 и 5 кГц, определить его полное сопротивление и аргумент, если R = 2,5 кОм, L = 35 мГн. Построить векторную диаграмму. Полученные величины занести в таблицу 5 предварительного расчёта.
Таблица 5
По предварительному расчету |
Получено экспериментально |
||||||||
f, кГц |
L, мГн |
R, кОм |
ZRL, Ом |
|ZRL|, Ом |
arg(ZRL),град. |
|ZRL|, Ом |
arg(ZRL),град. |
|
|
1 |
35 |
2,5 |
2500+j219,91 |
2509,65 |
5,03 |
2510 |
5.027 |
|
|
2 |
35 |
2,5 |
2500+j439,82 |
2538,39 |
9,98 |
2538 |
9.978 |
|
|
3 |
35 |
2,5 |
2500+j659,73 |
2585,58 |
14,78 |
2586 |
14.783 |
|
|
4 |
35 |
2,5 |
2500+j879,65 |
2650,24 |
19,38 |
2650 |
19.385 |
|
|
5 |
35 |
2,5 |
2500+j1099,56 |
2731,12 |
23,74 |
2731 |
23.741 |
|
|
Рисунок 16 – Векторная диаграмма сопротивления RL-цепи.
В среде MicroCap выполнить моделирование работы схемы (рис. 17). Результаты записать в таблицу 5. Построить в MicroCap графики указанных зависимостей.
Рисунок 17 – RL-цепь.
Рисунок 18 – График зависимости модуля комплексного сопротивления от частоты.
Рисунок 19 – График зависимости фазы комплексного сопротивления от частоты.
1.6 Рассчитать напряжения на катушке индуктивности U2 = U2ejφ, если U1=1,27ej0 для пяти частот 1, 2, 3, 4 и 5 кГц, определить его модуль и фазу (рис. 20). Записать комплексное напряжение U2 в экспоненциальной форме. Полученные данные занести в таблицу 6.
Таблица 6
По предварительному расчету |
Получено экспериментально |
|||||||
f, кГц |
L, мГн |
R, кОм |
U1, В |
U2, В |
φ, град. |
U2, В |
U2, В |
φ, град. |
1 |
35 |
2500 |
1,27 |
0,11 |
84,97 |
0,11 |
0.111 |
84.973 |
2 |
35 |
2500 |
1,27 |
0,22 |
80,02 |
0,22 |
0.22 |
80.022 |
3 |
35 |
2500 |
1,27 |
0,32 |
75,22 |
0,32 |
0.324 |
75.217 |
4 |
35 |
2500 |
1,27 |
0,42 |
70,62 |
0,42 |
0.421 |
70.615 |
5 |
35 |
2500 |
1,27 |
0,51 |
66,26 |
0,51 |
0.511 |
66.259 |
В среде MicroCap выполнить моделирование работы схемы (рис. 20). Результаты записать в таблицу 6. Построить в MicroCap графики указанных зависимостей.
Рисунок 20 – Напряжение на катушке.
Рисунок 21 – График зависимости модуля комплексного напряжения на катушке от частоты.
Рисунок 22 – График зависимости фазы комплексного напряжения на катушке от частоты.
3. Контрольные вопросы
1. Какая частота называется граничной для RL-цепи?
Граничная частота - частота, при которой модуль реактивного сопротивления равен резистивному сопротивлению.
Граничная частота - частота, на которой действительная и мнимая часть комплексного входного сопротивления равны.
2. Каково значение модуля входного сопротивления RL-цепи на граничной частоте?
Ответ:
3. Каково значение аргумента входного сопротивления RL-цепи на граничной частоте?
Ответ:
4. К чему стремится модуль тока RL-цепи при увеличении частоты?
Ответ: модуль тока стремится к нулю, так как при увеличении частоты, увеличивается сопротивление, а ток уменьшается.
5. Чему равен модуль входного сопротивления RL-цепи при частоте, равной нулю?
Ответ: равен сопротивлению резистора в цепи R.