Лабы_ТОЭ2_ЭА_2012
.pdf
2.2Исследовать реакцию по току и напряжению в схеме последовательного включения RС-элементов при подключении к источнику постоянного напряжения и при отключении от источника постоянного напряжения.
2.3Исследовать апериодическую реакцию по напряжению на элементах в схеме последовательного включения RLС-элементов при подключении к источнику постоянного напряжения и при отключении от источника постоянного напряжения.
2.4 Исследовать колебательную реакцию по напряжению на элементах в схеме последовательного включения RLС-элементов при подключении к источнику постоянного напряжения и при отключении от источника постоянного напряжения.
3Порядок выполнения работы
3.1Собрать схему рисунка 1. Установить на генераторе U = 5В, Т = 20τ1RL.
Зарисовать совмещенные диаграммы сигналов напряжения на входе схемы и на резисторе. Определить по осциллографу максимальные установившиеся значения напряжений на входе, на резисторе, определить время переходного процесса.
Включить один канал на катушку индуктивности и зарисовать волновую диаграмму напряжения, зафиксировав максимальное установившееся значение.
Полученные данные внести в таблицу 2.
Примечание: Генератор прямоугольных импульсов можно представить эквивалентной схемой, изображенной на рисунке 4.
Рисунок 4 – Эквивалентная схема генератора Г5-63
Замыкание ключа соответствует спаду прямоугольного импульса, поэтому может рассматриваться как процесс отключения схемы от внешнего источника энергии.
При размыкании ключа схема подключается к источнику.
21
Таблица 2
|
Номинал |
|
Время |
Постоянная времени |
Максимальное |
|
Максимальное |
|
|
резистора |
|
переходного |
(экспериментальная) |
значение |
|
|
значение |
|
|
|
процесса |
|
напряжения |
на |
|
напряжения |
|
|
|
|
|
резисторе, В |
|
|
на катушке, В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R1 =… Ом |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R2 = .. .Ом |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.2 Заменить |
при отключенном источнике сопротивление R1 |
на |
R2 в схеме. |
|||||
Установить на генераторе U = 5В, Т = 20τ2RL. Зарисовать совмещенные волновые
диаграммы сигналов напряжения на входе схемы и на резисторе. Определить по осциллографу максимальные установившиеся значения напряжений на входе, на резисторе, определить время переходного процесса. Полученные данные внести в таблицу 2. Включить один канал на катушку индуктивности и зарисовать волновую диаграмму напряжения, зафиксировав максимальное установившееся значение.
3.3 Собрать схему |
рисунка 2. Установить на генераторе U = 5В, |
Т = 20τ1RC. |
Определить по |
осциллографу максимальные установившиеся |
значения |
напряжений на входе, на резисторе, определить время переходного процесса.
Зарисовать совмещенные волновые диаграммы сигналов напряжения на входе схемы и на резисторе.
Таблица 3
Номинал |
Время |
Постоянная |
Максимальное |
|
Максимальное |
резистора |
переходного |
времени |
значение |
|
значение |
|
процесса |
(эксперименталь |
напряжения |
на |
напряжения на |
|
|
ная) |
резисторе, В |
|
конденсаторе, В |
|
|
|
|
|
|
R3 =… Ом |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R4 = .. .Ом |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Включить один канал на конденсатор и зарисовать волновую диаграмму напряжения, зафиксировав максимальное установившееся значение. Полученные данные внести в таблицу 3.
22
3.4 Заменить при отключенном источнике сопротивление R1 на R2 в схеме рисунка 2.
Установить на генераторе U = 5В, Т = 20τ2RC. Определить по осциллографу
максимальные установившиеся значения напряжений на входе, на резисторе,
определить время переходного процесса. Включить один канал на конденсатор и зарисовать волновую диаграмму напряжения, зафиксировав максимальное установившееся значение. Полученные данные внести в таблицу 3.
3.5 Собрать схему рисунка 3. Установить на генераторе U = 5В, Т1 = (3-4) tп.п. 5, tИ1= ½∙Т1 и выбрать из предложенных на стенде сопротивление резистора,
удовлетворяющее условию апериодического процесса R > 
4L / C .
Определить по осциллографу максимальные установившиеся значения напряжений на элементах, определить время переходного процесса.
Зарисовать осциллограммы сигналов напряжения на входе схемы и на трех
элементах, пользуясь только одним из каналов осциллографа.
Данные измерений занести в таблицу 4
Таблица 4
Режим |
Максимальное Максимальное |
Максимальное |
Время |
Постоянная времени |
|||||
переходного |
значение |
значение |
значение |
переходного |
|
|
|
|
|
процесса |
напряжения на |
напряжения |
напряжения на |
процесса |
|
|
|
|
|
|
резисторе |
на |
катушке |
Тпп |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
конденсаторе |
индуктивности |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Апериодический
3.6 Установить на генераторе U = 5В, Т2 = (3-4) tп.п. 6, tИ2 = ½ ∙Т2 и выбрать из
предложенных на стенде активное сопротивление, удовлетворяющее условию колебательного процесса R < 
4L / C .
Определить по осциллографу максимальные установившиеся значения напряжений на элементах, определить время переходного процесса и логарифмический декремент.
Зарисовать осциллограммы сигналов напряжения на входе схемы и на трех
элементах, пользуясь только одним из каналов осциллографа.
Данные измерений занести в таблицу 5
23
Таблица 5
Режим переходного процесса |
колебательный |
Максимальное значение напряжения на резисторе
Максимальное значение напряжения на конденсаторе
Максимальное значение напряжения на катушке индуктивности
Время переходного процесса
Логарифмический декремент
Период свободных колебаний
Частота свободных колебаний
4Обработка результатов экспериментов
4.1Вычертить на миллиметровой бумаге совмещенные во времени графики напряжений на входе схемы, на резисторе и на реактивном элементе для каждого из опытов 3.1 – 3.4.
4.2По полученным осциллограммам определить постоянные времени (построив для каждого опыта к одному из графиков касательную в точке t = 0+ ) и сравнить с рассчитанными в домашнем задании значениями для цепи первого порядка.
Сделать соответствующие выводы.
4.3Сравнить полученное теоретически и экспериментально время переходного процесса. Сделать соответствующие выводы.
4.4Вычертить на миллиметровой бумаге совмещенные во времени графики напряжений на входе схемы, на резисторе и на реактивных элементах для каждого из опытов 3.5 – 3.6 (апериодический и колебательный переходный процесс второго порядка). На графиках показать полученные экспериментально характеристики переходных процессов.
4.5Рассчитать характеристики апериодического и колебательного переходного
процесса |
(постоянную времени τ, время переходного |
процесса – tп.п., |
24
коэффициент затухания δ, частоту свободных колебаний ωсв, декремент Д,
логарифмический декремент Ө).
Расчѐтные формулы для апериодического процесса:
- постоянная времени,
tп.п. = (3…5)∙τ - время переходного процесса.
Расчѐтные формулы для колебательного процесса:
- коэффициент затухания,
- частота свободных колебаний,
- период свободных колебаний,
– декремент,
Ө= 
- логарифмический декремент.
4.6Сравнить полученные теоретически и экспериментально (в таблице 4 и 5)
характеристики |
переходных |
процессов |
второго |
порядка. |
Сделать |
соответствующие выводы.
4.7По построенным графикам сделать вывод о влиянии на время переходного процесса резистивного сопротивления схемы.
|
5 Контрольные вопросы |
5.1 |
Запишите закон изменения свободной составляющей в цепях первого и второго |
|
порядка. |
5.2 |
Как изменятся характеристики переходного процесса при увеличении |
индуктивности катушки, при увеличении емкости конденсатора?
6Литература
1Основы теории цепей: Учебник для вузов/ Г.В. Зевеке, П.А. Ионкин и др.-М.: Энергоатомиздат,1989.-528 с.: ил.
2Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи.- М.: Высшая школа,1996.-517 с. :ил.
25
5 Лабораторная работа №4
Исследование электрических цепей с нелинейными элементами
Цель работы
Снятие вольтамперных характеристик |
нелинейных элементов. Исследование |
некоторых нелинейных электронных схем.
1Домашнее задание
1.1Ознакомиться со справочными данными на нелинейные элементы, которые будут использоваться в лабораторной работе ( см. таблицу 1)
Таблица1
Элементы панели стенда |
Маркировка элементов |
|
|
Диод Д1 |
Д226 |
|
|
Стабилитрон двуханодный Д2 |
КС182А, КС162А |
|
|
Стабилитрон Д3 |
Д814АП |
|
|
Динистор Д4 |
КН102А |
|
|
1.2Построить рабочую область для указанных в таблице1 элементов, ограничив еѐ по току, напряжению и мощности.
1.3Провести расчет параметров элементов параметрического стабилизатора напряжения (рисунок 2) согласно заданным параметрам источника и нагрузки,
представленным в таблице 2.
|
Rбаз |
|
(U вх |
U вх ) |
U cт |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
I |
|
|
U ст |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
ст.мин. |
Rн |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Определить допустимое значение тока стабилитрона: |
|
|
|
|
|||||||||||
|
Iст.макс. |
(Uвх |
Uвх ) |
|
Uст |
|
Uст |
|
|
||||||
|
|
|
Rбаз |
|
|
|
|
|
Rн |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Таблица 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
№ стенда |
1 |
|
2 |
|
|
|
3 |
|
|
|
4 |
5 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Входное |
15 В |
|
20 В |
|
|
|
16 В |
|
|
10 В |
12 В |
||||
напряжение,Uвх |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
26
Продолжение таблицы 2
№ стенда |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Диапазон |
|
|
|
|
|
|
|
изменения |
2В |
5 В |
4 В |
2 В |
|
2 В |
|
напряжения на |
|
|
|
|
|
|
|
входе,∆Uвх |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сопротивление |
360 Ом |
120 Ом |
360 Ом |
200 Ом |
120 Ом |
|
|
нагрузки,Rн |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.4 Провести расчѐт периода релаксационных колебаний RCконтура: TТЕОР |
3 R C , |
||||||
для данных представленных на рисунке 4.
2Рабочее задание
2.1Получить ВАХ нелинейных элементов, используя осциллограф С1-83.
2.2Исследовать параметрический стабилизатор напряжения.
2.3Исследовать двухсторонний ограничитель напряжения.
2.4Исследовать генератор релаксационных колебаний.
2.5Исследовать схему выпрямителя (однополупериодного и двухполупериодного).
3 Порядок выполнения работы
Внимание! Не выходить за границы рабочей области НЭ!
3.1 Используя режим «X-Y» осциллографа С1-83, зафиксировать (зарисовать)
вольтамперные характеристики нелинейных элементов: Д226, Д814АП, КС182А (КС162А), собрав предварительно рабочую схему, соответствующую рисунку 1.
Обратить внимание на масштаб !
Рисунок 1- Схема снятия ВАХ нелинейного элемента
(Rбаз. = 2,2кОм, Rдоб. =15 Ом)
27
3.2 Согласно пункту 1.3 домашнего задания выбрать базовое сопротивление и собрать схему, соответствующую рисунку 2. Зафиксировать показания приборов в диапазоне Uвх ± ∆ Uвх в таблице 3.
Следить за допустимым значением тока стабилитрона!
Рисунок 2 – Схема параметрического стабилизатора напряжения Таблица 3
Напряжение входное |
Показания амперметра |
Показания вольтметра |
|
|
|
Uвх - ∆ Uвх |
|
|
|
|
|
Uвх |
|
|
|
|
|
Uвх + ∆ Uвх |
|
|
|
|
|
3.3 Собрать схему, соответствующую рисунку 3 без добавочного сопротивления и зафиксировать графики входного и выходного напряжения, задав амплитуду генератора выше напряжения стабилизации стабилитрона КС 182А (162А).
Включить в схему добавочное сопротивление и зафиксировать графики входного и выходного напряжения.
Рисунок 3 – Схема двухстороннего ограничителя напряжения
(Rбаз. = 2,2кОм, Rдоб. =200 Ом)
28
3.4 Собрать схему, соответствующую рисунку 4. Постепенно увеличивая входное напряжение, добиться появления на экране осциллографа импульсов. Зафиксировать напряжение включения и определить по осциллограмме период выходной функции напряжения. Зарисовать график выходной функции напряжения.
Рисунок 4 – Схема генератора релаксационных колебаний
(Rбаз. = 2,2кОм, С =0,1мкФ)
3.5 Собрать схему, соответствующую рисунку 5. Зарисовать осциллограммы входного напряжения и напряжения на нагрузке.
Рисунок 5 – Схема однополупериодного выпрямителя
(Д226, Rнг - 5К1)
3.6 Собрать схему, соответствующую рисунку 6. Зарисовать осциллограммы входного напряжения и напряжения на нагрузке.
Рисунок 6 – Схема однофазного мостового выпрямителя
(Д226, Rнг - 5К1)
29
4Обработка результатов экспериментов
4.1Полученные в пункте 3.1 рабочего задания графики Uнэ(UR доб.) для каждого исследованного элемента пересчитать, зная сопротивление добавочного резистора, в
формат Uнэ(Iнэ). Построить графики в масштабе на миллиметровой бумаге.
4.2Описать принцип работы параметрического стабилизатора напряжения (пункт
3.2 рабочего задания). Определить коэффициент стабилизации по формуле:
K |
U |
вх |
Uст.ном. |
. |
||
Uвх.ном. |
|
U |
|
|||
|
|
|
||||
|
|
ст |
|
|||
Определить значение статического и дифференциального сопротивления стабилитрона в области рабочей точки:
Rст |
U раб.ном. |
|
||
I раб.ном. |
||||
|
||||
|
. |
|||
Rдиф |
|
U стаб |
|
|
|
I стаб |
|||
|
|
|||
4.3 Совместить на миллиметровой бумаге в масштабе осциллограммы, полученные в пункте 3.3 рабочего задания Uвых(Uвх) с добавочным сопротивлением и без него.
Оценить влияние добавочного сопротивления на форму выходного напряжения.
4.4 По полученным данным пункта 3.4 рабочего задания рассчитать период релаксационных колебаний и сравнить с теоретическим значением TТЕОР 3
R C .
Сделать выводы и описать работу генератора релаксационных колебаний.
4.5Для задания 3.5 лабораторной работы вычертить, совместив в масштабе
осциллограммы входного напряжения и напряжения на нагрузке. Описать работу
выпрямителя.
30