3. Подготовка к выполнению лабораторной работы:
3.1. Изучить по учебной литературе метод комплексных амплитуд, расчет мощностей в простейших электрических цепях и построение векторных диаграмм.
3.2. Изучить описание лабораторной работы.
3.3. Выполнить предварительные расчеты, нарисовать схемы измерения фазового сдвига в исследуемых цепях.
3.4. Ответить на контрольные вопросы.
4. Расчетная часть:
4.1. Для последовательной RL – цепи определите:
комплексное входное сопротивление ZВХ и сопротивления элементов ZL, ZR;
комплексные ток и напряжения на элементах цепи;
фазовый сдвиг между током и приложенным напряжением;
активную P, реактивную Q и полную S мощности.
Расчет схемы провести для двух частот – f1 = 2 кГц, f2 = 8 кГц и действующем значении приложенного напряжения U = 5 В. Параметры элементов взять из таблицы 1 Приложения.
4.2. Постройте векторные диаграммы:
напряжений и тока двухполюсника;
мощностей P, Q , S;
4.3. Повторите п.п. 4.1, 4.2 для последовательной RC – цепи.
4.4. Повторите п.п. 4.1, 4.2 для последовательной RLС – цепи.
Примечание: ZL = RL + jXL; использовать элементы L3, R2, C2.
5. Экспериментальная часть:
Работа выполняется на блоке «Простые и сложные цепи» лабораторного стенда.
5.1. Измерьте величины сопротивлений R2 и RL3 катушки индуктивности L3, сравните их с заданными при расчетах.
5.2. Соберите схему последовательной RL – цепи (рисунок 2.1), используя резистор R2 и индуктивность L3.
Рисунок 2.1 - Схема эксперимента
5.3. После проверки схемы преподавателем установите на генераторе параметры воздействия (f1, U), которые использовались при расчетах. Величину входного напряжения в собранной схеме контролируйте вольтметром или с помощью осциллографа.
5.4. Измерьте амплитудные (действующие) напряжения на элементах цепи. Определите величину тока по напряжению на резисторе R2.
5.5. Измерьте разность фаз между током (напряжением на R2) и приложенным к цепи напряжением с помощью осциллографа.
5.6. Повторите измерения п.п. 5.4 - 5.5 при частоте f2.
5.7. Соберите схему последовательной RC – цепи (рисунок 2.1), используя резистор R2 и емкость C2. и повторите измерения п.п. 5.4 – 5.5 для частот f = (2 – 16) кГц с шагом 2 кГц.
5.8. Соберите схему последовательной RLС – цепи (рисунок 2.1), используя резистор R2, емкость C2 и индуктивность L3 и повторите измерения п.п. 5.4 – 5.5 для частот f1 и f2.
6. Содержание отчета:
6.1. Название и цель работы.
6.2. Результаты выполнения домашнего задания (Расчетная часть).
6.3. Результаты выполнения экспериментальной части:
6.2. Таблицы сравнения результатов расчетов и экспериментов для RL, RC и RLС – цепей на частотах f1 и f2.
Векторные диаграммы для токов и напряжений - расчетные на частотах f1 и f2, экспериментальные - на частоте f1, изображенные в одних осях.
Графики для ФЧХ и напряжений на элементах RC – цепи в зависимости от частоты входного воздействия.
6.4. Выводы.
7. Контрольные вопросы:
7.1. Укажите условия, от которых зависит выбор эквивалентной схемы замещения индуктивной катушки, конденсатора, резистора.
7.2. Дайте определения мгновенного значения, амплитуды, периода, частоты и начальной фазы гармонического сигнала.
7.3. Поясните фазовые соотношения между напряжением и током в индуктивности и емкости.
7.4. Понятия резистивного, реактивного и полного сопротивления.
7.5. Каковы возможные амплитудные соотношения между напряжениями в последовательной RLС – цепи.
7.6. В каких пределах может изменяться разность фаз между напряжением и током на зажимах пассивного двухполюсника.
7.7. Построить векторную диаграмму токов и напряжений для RL – цепи на частотах f1 и 2f1.
7.8. Построить векторную диаграмму токов и напряжений для RC – цепи на частотах f1 и 2f1.
7.9. Построить векторную диаграмму токов и напряжений для последовательной и параллельной RLС – цепи.
7.10. Понятие активной, реактивной и полной мощностей. Методы их расчета.
7.11. Согласование источника сигнала с нагрузкой.
7.12. Объясните суть баланса мощностей в электрической цепи.