4 Задание 2.3. Свойства ёмкостей и индуктивностей в цепях переменного напряжения с постоянной и переменной составляющей

Рисунок 6 – Схема с переключаемыми ёмкостью и индуктивностью в цепи с постоянной и переменной составляющей

n	Параметры			Осциллограммы
Испытание №1. Частота переменного тока 1 Гц
Ёмкость (конденсатор С1)
	E1	V1	24 В
		f1	1 Гц
	E2	V2	15 В
	С1		0.1 мкФ
	R1		10 кОм
	V3		150 мВ
	V4		0 В
	Индуктивность (катушка индуктивности L1)
	E1	V1	24 В
		f1	1 Гц
	E2	V2	15 В
	L1		250 мГн
	R1		10 кОм
	V3		24.0 В
	V4		15.0 В

n	Параметры			Осциллограммы
Испытание №2. Частота переменного тока 1 кГц
Ёмкость (конденсатор С1)
	E1	V1	24 В
		f1	1 кГц
	E2	V2	15 В
	С1		0.1 мкФ
	R1		10 кОм
	V3		23.7 В
	V4		0 В
	Индуктивность (катушка индуктивности L1)
	E1	V1	24 В
		f1	1 кГц
	E2	V2	15 В
	L1		250 мГн
	R1		10 кОм
	V3		23.7 В
	V4		15 В

n	Параметры			Осциллограммы
Испытание №3. Частота переменного тока 1 МГц
Ёмкость (конденсатор С1)
	E1	V1	24 В
		f1	1 МГц
	E2	V2	15 В
	С1		0.1 мкФ
	R1		10 кОм
	V3		24 В
	V4		0 В
	Индуктивность (катушка индуктивности L1)
	E1	V1	24 В
		f1	1 МГц
	E2	V2	15 В
	L1		250 мГн
	R1		10 кОм
	V3		150 мВ
	V4		15 В

Таблица 9 – Серия опытов с ёмкостью и индуктивностью в цепях с постоянной и переменной составляющей

При моделировании считалось, что внутреннее сопротивление катушки индуктивности L1 является нулевым, поэтому постоянную составляющую тока она пропускает без потерь. То есть показания вольтметра V4 равны напряжению источника E2 при любой частоте. Также считается, что конденсатор C1 не имеет утечек, поэтому он полностью не пропускает постоянную составляющую тока. Показания цифрового вольтметра V4 могут изменяться во времени, принимая в том числе и отрицательные значения (особенно на сверхнизких частотах, вроде 1 Гц), однако на самом деле постоянное напряжение на резисторе R1 при любой частоте отсутствует.

Реактивное сопротивление катушки индуктивности на частотеравно, оно прямо пропорционально частоте. Ёмкостное сопротивление конденсатораравно. Оно обратно пропорционально частоте. Как видно из осциллограмм, на очень низких частотах ёмкостное сопротивление конденсатора значительно превышает сопротивлениеR1, поэтому падение напряжения на R1 по закону Ома очень мало. На средних частотах реактивные сопротивления катушки и конденсатора сопоставимы, падение напряжения на них очень мало. На высоких частотах ёмкостное сопротивление значительно меньше R1, индуктивное сопротивление значительно превосходит R1. Соответственно, падение напряжения на конденсаторе очень мало, на катушке – почти равно напряжению источника E1.

Внутренним сопротивлением вольтметров можно пренебречь.