6.2. Контроль исходного уровня знаний:

Для выполнения лабораторной работы необходимо изучить следующие вопросы.

Задание 1.

1. Какой ток называется квазистационарным? Напишите условие квазистационарности.

2. Получите выражение: а) для емкостного сопротивления;

б) для индуктивного сопротивления.

3. Постройте векторную диаграмму для цепи, содержащей последовательно соединенные: а) R и C; б) R и L .

Определите с помощью векторной диаграммы для каждой цепи полное сопротивление Z и сдвиг фаз между током и ЭДС.

4. Получите выражение для коэффициента передачи цепи для схемы состоящей: а) из R и C; б) из R и L.

5. Как в работе проводится оценка: а) величины емкости конденсатора С;

б) величины индуктивности катушки L.

Задание 2.

Решить следующие задачи:

1. Сдвиг фаз между током и напряжением при прохождении переменного тока частотой 25 Гц через мышцу лягушки составил 35⁰. Чему равна емкость конденсатора в эквивалентной схеме последовательно соединенных резистора и конденсатора, если активное сопротивление равно 0,5 кОм?

2. Почему с увеличением частоты переменного тока уменьшается его раздражающее действие на ткани организма человека?

3. Найдите амплитудное значение тока в цепи содержащей конденсатор емкостью 1 мкФ. Напряжение в электрической цепи равно 250 В, а активное сопротивление 2,5 кОм. Конденсатор и резистор соединены последовательно. Частота равна 50 Гц.

6.3. Самостоятельная работа студентов. Порядок выполнения работы

Перед выполнением заданий ознакомиться с описаниями приборов, используемых в данной установке.

Подготовка установки к работе

1. Установить исходное положение кнопочных переключателей на панели модуля ФПЭ-09 : все кнопки отжаты.

2. Установить органы управления на панелях осциллографа РО в положение, обеспечивающее измерение амплитуды и развертку во времени переменного напряжения. Тумблер сигнала синхронизации развертки установить в положение синхронизации внешним сигналом.

3. Подготовить к работе генератор PQ и источник питания ИП.

4. Собрать схему, изображенную на рис.1.

5. После проверки схемы преподавателем присоединить все приборы к сети 220 В. Включить приборы тумблерами «Сеть». Дать приборам прогреться в течение 3-5 мин.

6. Установить следующие параметры выходного сигнала генератора: частота – 20 кГц, напряжение – около 2 В, сопротивление R₂=1 кОм.

7. Установить размах колебаний напряжения генератора на экране осциллографа в пределах 2/3 экрана подбором коэффициента отклонения К_y канала вертикального отклонения осциллографа.

8. Получить устойчивое изображение сигнала генератора на экране.

9. Установить такую длительность развертки, при которой на экране наблюдается 2-3 периода исследуемого сигнала.

10. Отрегулировать окончательно вертикальный размер изображения сигнала генератора на экране осциллографа с помощью ручки плавной регулировки выходного напряжения генератора. Этот размер изображения сигнала генератора рекомендуется поддерживать постоянным при всех измерениях.

Задание 1. Изучение электрических процессов в цепи, содержащей два резистора.

1. Замкнуть с помощью кнопочного переключателя на панели модуля ФПЭ-09 ветвь, содержащую резистор R₁.

2. Получить на экране осциллографа устойчивое изображение двух исследуемых сигналов.

3. Зарисовать наблюдаемые колебания на миллиметровой бумаге. Убедиться, что угол сдвига фаз между током в цепи и входным напряжением равен нулю.

4. Произвести измерение амплитуд напряжений на входе и выходе цепи. Для этого измерить величину амплитуды каждого сигнала в делениях шкалы экрана и умножить полученные значения на коэффициент отклонения К_y канала вертикального отклонения осциллографа.

При измерении напряжений с помощью осциллографа, используемого в данной работе, рекомендуется устанавливать такое значение коэффициента отклонения К_y, при котором размер изображения сигнала по вертикали составляет не менее двух делений шкалы экрана.

5. Рассчитать значение коэффициента передачи цепи К по формуле (6.1.17).

6. Определить величину сопротивления резистора R₁ по формуле (6.1.22).

7. Оценить погрешности измерения коэффициента передачи цепи и сопротивления резистора R₁.

Данные измерений и вычислений занести в таблицу 1.

Таблица 1.

U0			U01			K		R1, Ом	, град
U0, дел	Ку, дел	U0, B	U01, дел	КУ, В/дел	U01, В

Задание 2. Изучение электрических процессов в цепи, содержащий резистор и конденсатор.

1. Замкнуть с помощью кнопочного переключателя на панели модуля ФПЭ-09 ветвь, содержащую конденсатор С.

2. Получить на экране осциллографа устойчивое изображение двух исследуемых сигналов.

3. Зарисовать колебания, наблюдаемые на экране осциллографа при частоте генератора 20 кГц.

4. Определить угол сдвига фаз между током в цепи и входным напряжением при частоте 20 кГц. Для этого измерить в делениях шкалы экрана осциллографа сдвиг по времени t между изображениями двух исследуемых сигналов и период колебаний Т (рис.2). Разность фаз рассчитать по формуле

(6.3.1)

5. Повторить пп.3,4 при частоте генератора 80 кГц.

6. Провести измерение амплитуд напряжений на входе и выходе цепи при различных значениях частоты ( по методике, описанной в п.4 задания 1 ). Частоту генератора менять в пределах от 20 до 80 кГц сначала с интервалом 5 кГц (до 40 кГц), а затем с интервалом 10 кГц.

7. Рассчитать значения коэффициента передачи цепи К по формуле (6.1.17) для всего исследованного диапазона частот.

8.Построить график зависимости коэффициента передачи цепи RC от частоты входного напряжения K=f().

9. С помощью графика K=f() оценить величину емкости конденсатора С. Для этого воспользуемся линейным участком графика, который описывается формулой (6.1.26). Определив тангенс угла наклона линейного участка и приравняв его угловому коэффициенту зависимости (6.1.26), получим соотношение , откуда .

10. Рассчитать разность фаз по формуле (6.1.24) при двух значениях частоты генератора: 20 и 80 кГц. Сравнить результаты расчета с результатами непосредственного измерения угла  .

11. Данные измерений и вычислений занести в таблицу 2.

Таблица 2.

 104 Гц

U0

U01

K

С , Ф

t дел

T, дел

 град

расч , град

U0 , дел

Кy , В/дел

U0, В

U01, дел

Ky, В/дел

U01, В