- •В.П. Гуляев теория электрических цепей
- •210700 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи»
- •Cодержание
- •Пояснительная записка
- •1. Общие требования при прохождении лабораторного практикума
- •1. Домашняя подготовка
- •2. Выполнение эксперимента в лаборатории
- •3. Составление и сдача отчета
- •2. Описание приборов и методика проведения измерений
- •Проведение измерений
- •3. Описание лабораторного стенда
- •Лабораторная работа № 1
- •1. Цель работы:
- •2. Подготовка к выполнению лабораторной работы:
- •3. Расчетная часть:
- •4. Экспериментальная часть:
- •5. Содержание отчета:
- •6. Контрольные вопросы:
- •Лабораторная работа № 2
- •1. Цель работы:
- •2. Основные обозначения, расчетные формулы и определения:
- •3. Подготовка к выполнению лабораторной работы:
- •4. Расчетная часть:
- •5. Экспериментальная часть:
- •6. Содержание отчета:
- •7. Контрольные вопросы:
- •Лабораторная работа № 3
- •1. Цель работы:
- •2. Основные обозначения, расчетные формулы и определения:
- •3. Подготовка к выполнению лабораторной работы:
- •4. Расчетная часть:
- •5. Экспериментальная часть:
- •6. Содержание отчета:
- •7. Контрольные вопросы:
- •Лабораторная работа № 4
- •1. Цель работы:
- •2. Основные обозначения, расчетные формулы и определения:
- •3. Подготовка к выполнению лабораторной работы:
- •4. Расчетная часть:
- •5. Экспериментальная часть:
- •Источником сигнала и нагрузкой
- •6. Содержание отчета:
- •7. Контрольные вопросы:
- •Лабораторная работа № 5
- •1. Цель работы:
- •2. Основные обозначения, расчетные формулы и определения
- •3. Подготовка к выполнению лабораторной работы
- •4. Расчетная часть
- •6. Содержание отчета:
- •7. Контрольные вопросы:
- •Лабораторная работа № 6
- •2. Основные обозначения, расчетные формулы и определения:
- •3. Подготовка к выполнению лабораторной работы:
- •4. Расчетная часть:
- •5. Лабораторное задание:
- •6. Содержание отчета:
- •7. Контрольные вопросы:
- •4. Литература:
5. Содержание отчета:
5.1. Название и цель работы.
5.2. Результаты выполнения домашнего задания (Расчетная часть).
5.3. Результаты выполнения экспериментальной части:
Таблицы сравнения результатов измерений и исходных данных сопротивлений резисторов и катушек индуктивностей стенда и внутреннего сопротивления генератора.
Схемы замещения катушек индуктивностей стенда и генератора низкой частоты как источника сигнала.
Результаты измерения параметров гармонических колебаний генератора вольтметром и осциллографом.
Осциллограммы и параметры сигналов на выходе ГИ.
Таблицы и графики результатов расчета и измерения разности фаз фазометром и осциллографом.
5.4. 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
Амплитудные и фазовые соотношения в простейших цепях 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.