Metodichka_EiE_LR

2.2.3 У роботі досліджується паралельне з’єднання резистора з котушкою індуктивності або конденсатором (рис.2.3).

Рисунок 2.3 — Паралельні RL та RC - кола

Під час аналізу кіл з паралельним з’єднанням елементів зручно перейти від поняття „опір‖ до поняття „провідність‖.

Повна провідність паралельного з’єднання резистора та котушки індуктивності визначається так (див.п.2.2.1)

Повна провідність паралельного з’єднання резистора та конденсатора без втрат визначається так:

Комплексна провідність паралельного з’єднання резистора та котушки індуктивності дорівнює

Кут зсуву фаз між струмом та напругою для паралельного з’єднання резистора та котушки визначається так:

Кут зсуву фаз між струмом та напругою для паралельного з’єднання резистора та конденсатора визначається так:

Падіння напруги на досліджуваній паралельній ділянці кола ab при заданому струмі та параметрах елементів розраховується так:

2.2.4 Дослідження електричних кіл (рис.2.1 – 2.3) проводиться бригадами за варіантами. Варіанти параметрів елементів та параметрів вхідного сигналу наведені в табл.2.1.

Таблиця 2.1 — Варіанти завдань

2.3 Опис роботи з пакетом прикладних програм Multisim Education Edition 10.1.197.

Для виконання лабораторної роботи необхідно у вікні вибору компонентів у групі BASIC знайти резистор (родина RESISTOR), конденсатор (родина CAPASITOR) ті індуктивність (родина INDUCTOR) з номіналами згідно варіанту. В якості джерела живлення слід використовувати джерело AC_CURRENT, яке знаходиться у групі

SOURCES, родина SIGNAL_CURRENT_SOURCES. У властивостях

елементу AC_ CURRENT виставити дані, згідно варіанту (рис. 2.4): частоту Frequency (F) – 400 Гц та значення струму Current (Pk) – 28,284 мА. Слід мати на увазі, що на джерелі потрібно встановити максимальне значення

варіантом.

Рисунок 2.4 – Вікно компоненту якості джерела живлення AC_POWER

Для визначення кута зсуву фаз між струмом та напругою у колі слід використовувати на панелі вибору інструментів графопобудовник (Bode Plotter) за схемами рис. 2.6 – 2.12. За допомогою графопобудовника можливо отримати чисельне значення кута зсуву фаз . У властивостях компоненту Bode Plotter потрібно у полі Mode вибрати Phase, у полі Horizontal вибрати значення F = 1 GHz – максимальне значення частоти, I = 400 Hz – мінімальне значення частоти (рис. 2.5).

Значення кута зсуву фаз

Рисунок 2.5 – Вікно властивостей компоненту Bode Plotter

2.4 Порядок виконання роботи

Лабораторна робота включає такі види робіт: експериментальні дослідження кіл (рис.2.6–2.11), обрахунок результатів експерименту, теоретичні розрахунки параметрів кіл та порівняльний аналіз результатів.

Всі експериментальні дослідження та теоретичні розрахунки проводяться при однакових параметрах вхідного сигналу (частота сигналу f = 400 Гц, вхідний струм I = 20 мА).

2.4.1 Експериментальні дослідження

Досліджувані електричні кола змінного струму складаються з послідовно з’єднаних джерела сигналу, амперметра, ділянки кола з навантаженням та допоміжного резистора R0=1 Ом. Як навантаження почергово підключаються окремі пасивні елементи конденсатор та котушка індуктивності або ділянки кола, в яких ці елементи з’єднані послідовно або паралельно.

Завданням експерименту є вимірювання падіння напруги на навантаженні та кута зсуву фаз між струмом та напругою у колі, при цьому початкова фаза струму приймається нульовою.

Вимірювання діючої напруги на досліджуваних елементах проводиться вольтметром. Вимірювання кута зсуву фаз проводиться за допомогою графопобудовника при подачі на входи (out) опорної напруги (з виходу генератора) та (in) сигнальної напруги (з додаткового резистора R0).

2.4.1.1 Дослідження резистору, конденсатору та котушки індутивності Виконати монтаж схеми (рис.2.6, ліва верхня схема), підключив

резистор R з величиною, згідно варіанту та допоміжний резистор R0 =1 Ом.

Провести вимірювання величини I за допомого амперметру, U за допомогою вольтметру та за допомогою компоненту Bode Plotter-XBP1. Результати внести до табл.2.2.

Виконати монтаж схеми (рис.2.6, права верхня схема), підключив конденсатор C з величиною, згідно варіанту та допоміжний резистор R0 =1

Ом. Провести вимірювання величини I за допомого амперметру, U за допомогою вольтметру та за допомогою графопобудовника Bode PlotterXBP1. Результати внести до табл.2.3.

Виконати монтаж схеми (рис.2.6, ліва нижня схема), підключивши котушку індуктивності L та резистор RK з величинами, згідно варіанту та допоміжний резистор R0 =1 Ом. Провести вимірювання величини I за

допомого амперметру, U за допомогою вольтметру та за допомогою компоненту Bode Plotter-XBP1. Результати внести до табл.2.4.

Рисунок 2.6 — Експериментальна схема для дослідження резистору, конденсатору та котушки індуктивності

Таблиця 2.2 — Результати вимірювань при дослідженні резистору

Таблиця 2.4 — Результати вимірювань при дослідженні котушки індуктивності

2.4.1.2Дослідження послідовного з’єднання елементів кола

Зібрати схему (рис.2.7), підключивши послідовну ділянку кола з котушкою індуктивності L, резистором RК та резистором R з номіналами, згідно варіанту. Номінал резистору R0=1 Ом. Провести вимірювання величини I за допомого амперметру, U за допомогою вольтметру та за допомогою компоненту Bode Plotter-XBP1. Результати внести до табл.2.5.

Зібрати схему (рис.2.7), підключив послідовну ділянку кола з резистором R та конденсатором С. Провести вимірювання величини I за допомого амперметру, U за допомогою вольтметру та за допомогою Bode Plotter-XBP1. Результати внести до табл.2.6.

Рисунок 2.7 — Експериментальна схема для дослідження послідовного з’єднання котушки індуктивності з резистором та конденсатору

з резистором

Таблиця 2.6 — Результати вимірювань при дослідженні послідовного з’єднання резистора та конденсатора

2.4.1.3 Дослідження паралельного з’єднання елементів кола

Виконати монтаж схеми (рис.2.8), зібравши паралельну ділянку кола з котушкою індуктивності L, резистором RК та резистором R з номіналами згідно варіанту. Номінал резистору R0=1 Ом. Провести вимірювання величини I за допомого амперметру, U за допомогою вольтметру та за допомогою Bode Plotter-XBP1. Результати внести до табл.2.7.

Виконати монтаж схеми (рис.2.8), зібравши паралельну ділянку кола з конденсатором С та резистором R з номіналами згідно варіанту. Номінал резистору R0=1 Ом. Провести вимірювання величини I за допомогою амперметру, U за допомогою вольтметру та за допомогою Bode PlotterXBP1. Результати внести до табл.2.8.

Рисунок 2.8 – Експериментальна схема для дослідження паралельного з’єднання котушки індуктивності з резистором та конденсатору з резистором

Таблиця 2.8 — Результати вимірювань при дослідженні паралельного з’єднання конденсатору та резистору

2.3.1.4 Побудувати векторні діаграми для послідовної та паралельної ділянок кола.

2.3.2 Обрахунок результатів експерименту

2.3.2.1 За результатами експерименту (п.2.3.1.1) обрахувати параметри пасивних елементів кола, користуючись даними експерименту, за формулами, вказаними в табл.2.5. Врахувати, що 2 f . Результати

розрахунків записати у відповідні клітинки табл.2.5.

Таблиця 2.5 — Результати розрахунків параметрів пасивних елементів

2.3.2.2 За результатами експерименту (п.2.3.1.2) розрахувати параметри послідовної RL та RC ділянок кола, користуючись даними експерименту, за формулами, вказаними в табл.2.6. Результати обрахунків записати у відповідні клітинки табл.2.6.

Таблиця 2.6 — Результати розрахунків параметрів послідовного з’єднання елементів

2.3.2.3 За результатами експерименту (п.2.3.1.3) розрахувати параметри паралельної RL та RC ділянок кола, користуючись даними експерименту, за формулами, вказаними в табл.2.7. Результати обрахунків записати у відповідні клітинки табл.2.7.

Таблиця 2.7 — Результати розрахунків параметрів паралельного з’єднання елементів

2.3.3 Теоретичні розрахунки параметрів кіл

Теоретичний розрахунок параметрів послідовної та паралельної ділянок кіл передбачає розрахунок діючої напруги U та кута зсуву фаз за заданими за варіантом (табл.2.1) параметрами елементів R4, L4, RL4 , C4 при заданому струмі І=20 мА.

2.3.3.1 Розрахувати параметри послідовної RL та RC ділянок кола за формулами, вказаними в табл.2.8. Результати розрахунків записати у відповідні клітинки табл.2.8.

Таблиця 2.8 — Теоретичні розрахунки параметрів послідовного з’єднання елементів

2.3.3.2 Розрахувати параметри паралельної RL та RC ділянок кола за формулами, вказаними в табл.2.9. Результати розрахунків записати у відповідні клітинки табл.2.9.

Таблиця 2.9 — Теоретичні розрахунки параметрів паралельного з’єднання елементів