7 Дослідження перехідних процесів в колах з джерелом синусоїдної напруги

7.1 Мета роботи

Дослідження перехідних процесів в колах першого і другого порядкiв при увімкненні їх до змінного джерела напруги з різними початковими фазами.

7.2 Вказiвки по пiдготовцi i виконанню лабораторної роботи

7.2.1 Вивчити по конспекту лекцій і літературі матеріал на тему лабораторної роботи [2, с. 51–60].

7.2.2 Продумати, які положення перемикачів (“Вхідна дія”, “Схема”, “Осцилограф”) та тумблерів (,,) потрібні при дослідженні перехідних процесів в колахRC, RL, RLC у випадку дії послідовності радіоімпульсів.

7.2.3 Визначити початкову фазу вхідної синусоїдної напругив коліRC для двох випадків:

1. початкова фаза вимушеної складової напруги на ємності дорiвнює нулю, що відповідає відсутності перехідного процесу, –

, де – стала часу;

2. початкова фаза дорівнює, що відповідає максимальній інтенсивності перехідного процесу, –

Вихідні дані для розрахунку взяти з таблиці 6.1.

7.2.4 Визначити початкову фазу вхідної синусоїдної напругив коліRL для двох випадків:

1. початкова фаза вимушеної складової напруги на опорі дорівнює, що відповідає відсутності перехідного процесу, –

, де – стала часу;

1. початкова фаза дорівнює/2, що відповідає максимальній інтенсивності перехідного процесу, –

7.2.5 Розрахувати значення напруги на ємності в колі RC і напруги на активному опорі в колі RL для моменту часу (– тривалість діючих радіоімпульсів).

7.2.6 Зобразити часові діаграми напруги на активному опорі в колі RL і напруги на ємності в колі RC для всіх значень початкових фаз вхідної наруги, розрахованих в п.п. 7.23 і 7.2.4, і розрахованих у п. 7.2.5 значеннях напруг.

7.2.6 Зобразити часові діаграми напруги на ємності в коливальному режимі кола RLC для випадків і, де– резонансна частота кола; – частота вхідної дії.

7.3 Суть роботи

В роботі досліджують перехідні процеси в колах RL; RC і RLC при увімкненні їх на синусоїдну напругу. В колах RL і RC характер перехідних процесів залежить від початкової фази вимушеної напруги на конденсаторі (колоRC) і початкової фази вимушеного струму (колоRL). Для визначення цієї залежності перехідні процеси досліджують для випадків відсутності перехідних процесів і їх максимальної інтенсивності. Це має місце, відповідно, в колі RC при і, а в коліRL – при і.

У колах RLC з високою добротністю () найбільш цікавими для радіотехніки є перехідні процеси при підключенні синусоїдного джерела у випадках, колиі. Перший випадок має назву ізохронізм, а у другому випадку мають місце так звані биття. Ці випадки досліджуються в роботі.

7.4 Порядок виконання роботи

7.4.1 Підготувати лабораторну установку (її опис наведено в пункті 6.4), генератор Г4–18А і осцилограф С1-68. Вихід генератора Г4–18А увімкнути до гнізд Г1 лабораторної установки. Вхід “Y” осцилографа увімкнути до гнізд Г3 лабораторної установки.

7.4.2 Встановити на генераторі Г4–18А частоту f (див. табл.7.1) і величину вихідної напруги 1В.

7.4.3 Дослідити перехідні процеси в колі RC:

• перемикач лабораторного макету “Схема” встановити в положення 1;

• потенціометром “Поч. фаза” встановити значення фази вхідної напруги , яке розраховане в п. 7.2.3 для випадку відсутності перехідного процесу;

• настроїти осцилограф С1–68, визначити масштаби часу і амплітуди згідно з положенням ручок осцилографа “підсилення” та “розгортка”;

• замалювати за додержання масштабу осцилограму залежності U_C(t);

• встановити значення початкової фази вхідної напруги , що розраховано в п.7.2.3 для випадку максимальної інтенсивності перехідного процесу і також зняти осцилограмуu_C(t).

7.4.4 Дослідити перехідні процеси в колі RL:

• перемикач “Схема” встановити в положення ”2”;

• зняти за додержання масштабу осцилограми залежності u_R(t) для двох випадків – відсутності і максимальній інтенсивності перехідного процесу; для цього встановити початкової фази вхідної напруги, які розраховані в п.7.2.4.

При вимірюванні початкових фаз вхідної напруги в п.п. 7.4.3 і 7.4.4 в якості початку відліку часу треба вибирати не, що співпадає з початком обвідної радіоімпульсу, а момент часуна відстані періодуТ від (див. рис.7.1). це пов'язано із спотворенням форми синусоїдного коливання на початку радіоімпульсу.

7.4.5 Дослідити перехідні процеси в колі RLC:

• перемикач “Схема” встановити в положення ”3”;

• змінюючи на генераторі Г4–18А частоту вхідного сигналу, домогтися спів падіння частот вільних і вимушених коливань (); зняти осцилограму залежностіu_C(t);

• зменшити частоту генератора Г4–18А до появи биттів обвідної сигналуu_C(t) (випадок); зняти осцилограмуu_C(t);

• збільшити частоту генератора до появи биттів обвідної u_C(t) (випадок); і зняти осцилограму цього сигналу;

• дослідити, чи впливає зміна початкової фази вхідної напруги на обвідну сигналу u_C(t) для кожного із випадків розстройки.

7.5 Обробка i оформлення результатів роботи

Всі осцилограми, які отримані в роботі, слід виконати в однакових масштабах за часом і амплітудою. Це дає змогу порівняти результати експериментів і розрахункiв.

7.6 Зміст звіту:

• схеми кiл;

• осцилограми перехiдних процесiв для усiх розглянутих випадкiв;

• виводи i критичні зауваження щодо проведеної роботи.

7.7 Контрольні запитання та завдання

1. За яких умов при підключенні кола RL до джерела синусоїдного ЕРС відсутній перехідний процес?

2. За яких умов при підключенні кола RL до синусоїдного ЕРС перехідний процес найбільш інтенсивний? Яким чином на це впливає співвідношення між сталою часу кола і періодом коливань джерела рішення? Наскільки може перевищувати миттєве значення струму його амплітуди у вимушеному режимі?

3. За яких умов при підключенні кола RС до джерела синусоїдного ЕРС відсутній перехідний процес?

4. За яких умов при підключенні кола RС до синусоїдного ЕРС перехідний процес найбільш інтенсивний? Яким чином на це впливає співвідношення між сталою часу кола і періодом коливань джерела рішення? Наскільки може перевищувати миттєве значення напруги на ємності його амплітуди у вимушеному режимі?

5. Який режим має місце при підключенні кіл RL, RС, RLС до радіоімпульсу тривалістю для інтервалу часу?

6. Як впливає добротність контуру RLС на спотворення обвідної вхідного прямокутного радіоімпульсу у випадку ?

7. Як впливає добротність контуру RLС на спотворення обвідної вхідного прямокутного радіоімпульсу у випадку ?. Чому при цьому відсутні биття за межами імпульсу?

8. Чи впливає початкова фаза вхідного прямокутного радіоімпульсу на форму обвідної вихідного імпульсу контуру RLС, що має високу добротність, у випадках і?

9. При якій тривалості радіоімпульсу перехідний процес у контуріRLС, що має високу добротність, практично закінчиться в межах ?

10. При якому співвідношенню між тривалістю вхідного прямокутного радіоімпульсу і коефіцієнтом згасанняконтуруRLС, що має високу добротність, обвідна вихідного імпульсу в межах буде мати практично лінійний характер?