Резонанс в электрических цепях

Цель работы – экспериментально исследовать явление резонанса в контурах последовательного и параллельного питания при гармоническом воздействии.

Объект и средства исследования

Последовательный и параллельный контуры собираются из имеющихся на панели «Элементы цепи» катушки ,и резистора=100 Ом, а также конденсатора= 0.015 мкФ из верхнего набора конденсаторов «МагазинС».

Питание контуров производится от генератора синусоидального напряжения. Для измерений используются электронный вольтметр, комбинированный цифровой прибор и двухлучевой осциллограф.

Рабочее задание

1. Включить тумблером «Сеть» питание осциллографа.

2. На универсальной панели собрать последовательный колебательный контур по схеме, приведенной на рис. 5.1.

3. Совместить нулевые линии двух каналов осциллографа на средней линии экрана.

4. Подать на первый канал осциллографа выходное напряжение генератора. Подать на второй канал осциллографа напряжение на резисторе R.

5. Подключить электронный вольтметр параллельно выходу генератора.

6. Установить по вольтметру напряжение генератора 3 В.

7. Установить амплитуды измеряемых напряжений в пределах экрана осциллографа переключателями масштабов (В/См).

Рис. 5.1

8. Изменяя частоту напряжения генератора, подобрать такую ее величину, при которой совпадают по фазе кривые на экране осциллографа. Наблюдаемый режим работы цепи называется резонансом напряжений.

9. Установить по вольтметру напряжение генератора 3 В и измерить комбинированным цифровым прибором напряжения на катушке, конденсаторе и резисторе.

10. По результатам измерений построить в масштабе методом «засечек» векторную диаграмму напряжений и тока, направив вектор тока по действительной оси.

11. Включить универсальный цифровой прибор последовательно в исследуемую цепь и переключить его в режим измерения тока. Снять зависимость тока в цепи от частоты в области, включающей резонансную частоту, частоты меньше и больше резонансной.

В процессе измерений необходимо поддерживать неизменное выходное напряжение генератора.

12. Результаты измерений оформить в виде таблицы и в виде графика.

13. На универсальной панели собрать параллельный контур (рис. 5.2) из катушки и конденсатора, использованных в предыдущем эксперименте. В качестве резистора используется магазин сопротивлений R₀ = 500 Ом.

14. Подать на второй канал осциллографа напряжение на резисто-ре R₀.

Рис. 5.2

15. Установить напряжение генератора 3 В. Изменяя частоту напряжения генератора, настроить контур в резонанс, который фиксируется по минимальному напряжению на резистореи совпадению по фазе синусоид входного напряжения и тока.Записать значение частоты в режиме резонанса токов.

16. В резонансном режиме измерить токи в катушке и в конденсаторе с помощью универсального цифрового прибора, работающего в режиме миллиамперметра.

17. С помощью универсального цифрового прибора, работающего в режиме вольтметра, измерить напряжения на резисторе и на конденсаторе.

18. Построить векторную диаграмму токов и напряжений, направив вектор напряжения генератора по действительной оси.

19. Включить универсальный цифровой прибор последовательно в исследуемую цепь и переключить его в режим измерения тока. Снять зависимость тока в неразветвленной части цепи от частоты в области, включающей резонансную частоту, частоты меньше и больше резонансной. В процессе измерений необходимо поддерживать неизменное выходное напряжение генератора.

20. Результаты измерений оформить в виде таблицы и в виде графика.

21.* Для параметров катушки и конденсатора, использованных в данной работе, записать выражение для резонансной частоты f₀ и тока в цепи последовательного контура в комплексной форме. Построить при помощи программы Mathcad кривые изменения модуля и аргумента тока в фун-кции частоты. Принять диапазон изменения частоты f = 0.8 f₀ ... 1.2 f₀. Сравнить с кривыми, полученными экспериментальным путем.

22.* Получить частотные характеристики, исследованные в данной работе, параллельного контура. Сравнить с результатами, полученными в п. 19.