5. Содержание отчета

5.1. Название и цель работы.

5.2. Таблицы сравнения результатов измерений и исходных данных сопротивлений резисторов и катушек индуктивностей стенда и внутреннего сопротивления генератора.

5.3. Схемы замещения катушек индуктивностей стенда и генератора низкой частоты как источника сигнала.

5.4. Результаты измерения параметров гармонических колебаний генератора вольтметром и осциллографом.

5.5. Осциллограммы и параметры сигналов на выходе ГИ.

5.6. Таблицы и графики результатов расчета и измерения разности фаз фазометром и осциллографом.

5.7. Выводы.

6. Контрольные вопросы

6.1. Дайте определения мгновенного значения, амплитуды, периода, частоты и начальной фазы гармонического сигнала.

6.2. Нарисуйте и поясните состав схем замещения резистора, конденсатора и катушки индуктивности на высокой частоте.

6.3. Нарисуйте и поясните состав схем замещения резистора, конденсатора и катушки индуктивности на низкой частоте.

6.4. Поясните состав и отличия реальных источников тока и напряжения.

6.5. Постройте векторную диаграмму токов и напряжений для последовательной и параллельной RC – цепи.

6.6. Поясните влияние внутреннего сопротивления генератора на напряжение на сопротивлении нагрузки.

6.7. Объясните порядок подготовки вольтметра к измерению сопротивления, постоянного и переменного напряжения.

6.8. Какие измерения позволяет осуществлять осциллограф? Как с его помощью определить амплитуду исследуемого импульса?

6.9. Как с помощью осциллографа определить длительность и период исследуемого колебания, его частоту?

6.10. Поясните методику измерения сдвига фаз между двумя синусоидальными напряжениями с помощью осциллографа.

6.11. Расскажите о составе и возможностях лабораторного стенда.

6.12. Расскажите о порядке проведения экспериментов в лабораторной работе.

Лабораторная работа № 2

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ RC, RL И RLC - ЦЕПЕЙ ПРИ ГАРМОНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ

1. Цель работы

Освоение методов расчета и экспериментальная проверка амплитудных и фазовых соотношений в линейных цепях при гармоническом воздействии. Исследование частотной характеристики простейшей цепи.

2. Основные обозначения, расчетные формулы и определения

Применение метода комплексных амплитуд для расчета линейных электрических цепей основано на их свойстве сохранять неизменными форму и частоту воздействующего гармонического колебания.

Так, если к цепи приложено напряжение

, (2.1)

то напряжение и ток на k-м элементе цепи также будут гармоническими функциями

, (2.2)

. (2.3)

Неизвестными при этом являются только амплитуды ,и начальные фазы,. Используя свойство суперпозиции, можно анализировать прохождение через линейную цепь не заданного сигнала (2.1), а комплексной функции, реальная часть которой^{равняется исходному воздействию . При этом выходной сигнал является} суперпозицией откликов на составляющие входного воздействия из которой можно выделить реальную часть – отклик на . Таким образом,^{представляя входное воздействие в виде функции - вектора, вращающегося на комплексной плоскости с частотой , выходной сигнал (напряжение на k-м элементе) получим в виде} , реальная часть которого соответствует искомому напряжению.^{Принимая во внимание, что входной и выходной векторы вращаются с одинаковой частотой, можно перейти к неподвижным векторами . Это комплексные числа, которые содержат информацию об амплитуде и начальной фазе гармонических функций и называются комплексными амплитудами.}

^{Для комплексных амплитуд напряжений и токов справедливы законы Ома и Кирхгофа. При этом вводятся понятия комплексных сопротивлений для резистора , индуктивности и емкости . Комплексные проводимости равны обратным величинам комплексных сопротивлений .}

^{При последовательном соединении элементов суммируются их комплексные сопротивления, а при параллельном – их комплексные проводимости. Законы Ома и Кирхгофа в комплексной форме имеют следующий вид:}

^{; ; . (2.4)}

Знак перед ЭДС в последнем выражении выбирается “-“, если направление тока в контуре совпадает с направлением ЭДС и “+”, если не совпадает.

В общем виде комплексная амплитуда выходного напряжения или тока является комплексной функцией частоты входного воздействия.

Зависимость отношения комплексных амплитуд отклика к постоянному по амплитуде (действующему значению) воздействию от частоты называется комплексной частотной характеристикой цепи (КЧХ):

^{. (2.5)}

^{Здесь - комплексная амплитуда входного, а - выходного напряжения или тока.}

^{Комплексная частотная характеристика не зависит от амплитуды и начальной фазы входного воздействия и является характеристикой цепи. Модуль КЧХ называется амплитудно-частотной характеристикой цепи (АЧХ):}

^{, (2.6)}

^{а ее аргумент – фазо-частотной характеристикой (ФЧХ):}

^{. (2.7)}

^{При анализе энергетических процессов в электрических цепях вводятся понятия полной , активной и реактивной мощностей:}

^{, , , (2.8)}

^{где и - действующие значения напряжения и тока, а - фазовый сдвиг между ними. Указанные мощности характеризуют скорость преобразования энергии источника и соответствуют различным ее составляющим. Активная мощность характеризует ту часть электрической энергии источника, которая преобразуется цепью в другие виды энергии, реактивная характеризует обмен энергией между цепью и источником, а полная – общую энергию, потребляемую цепью.}