Контрольные вопросы

1. Что называют резонансом в электрической цепи? Как можно найти резонансную частоту цепи произвольного вида? Как можно изменять резонансную частоту последовательного контура?

2. Что понимают под добротностью контура? Как влияют параметры элементов последовательного контура на его добротность?

3. Как влияет сопротивление нагрузки R_H, подключаемое параллельно емкости С, на значение резонансной частоты и величину добротности контура? При каком условии это влияние незначительно?

4. Решить задачу, предложенную преподавателем.

Лабораторная работа № 5

ИССЛЕДОВАНИЕ ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

ПРИ НЕСИНУСОИДАЛЬНЫХ ПЕРИОДИЧЕСКИХ

НАПРЯЖЕНИЯХ И ТОКАХ

Цель работы

Исследование RLC цепи при воздействии источника периодического напряжения прямоугольной формы. Рассмотрение фильтрующих свойств цепи.

Подготовка к работе

1. Изучить соответствующий раздел курса по конспекту лекций и по одному из учебников [1–3].

2. Определить действующее значение напряжения (рис. 5.1). Разложение в ряд Фурье для данной функции имеет вид:

; U_m = 5 В.

3. Рассчитать значение емкости конденсатора в цепи рис. 5.2 при резонансе на k-й гармонике. Исходные данные для расчёта взять из табл. 5.1 в соответствии с номером бригады.

Для всех вариантов R = 1 кОм.

Таблица 5.1

Номер бригады		1	2	3	4	5	6	7	8
L, мГн		214	300	260	290	180	160	190	145
f, кГц		4,2	3,5	3,8	3,6	4,6	4,8	4,4	5,0
Выделение гармоники	№ k-й гармо- ники	3	1	3	1	3	1	3	1
Подавление гармоники		3	1	3	1	3	1	3	1

Рис. 5.1 Рис. 5.2

4. Рассчитать мгновенные и действующие значения напряжений U_ab и U_bc (рис. 5.2) при указанном входном напряжении в режиме резонанса на k-й гармонике. Расчеты произвести для пяти гармонических составляющих ряда. Построить графики напряжений U_ab и U_bc.

5. Подготовить бланк отчета.

6. Ознакомиться с описанием установки.

7. Подготовить ответы на контрольные вопросы.

Описание установки

Элементы исследуемой цепи собраны внутри блока. На его лицевой панели с помощью контактных гнезд закреплены выводы и показаны условные изображения элементов R, L, C преобразователя синусоидального напряжения в напряжение прямоугольной формы.

Для сборки цепи используются проводники с наконечниками. Питание цепи осуществляется от преобразователя. Для измерения напряжения на элементах цепи используется вольтметр универсальный В7-26. Для наблюдения формы несинусоидального напряжения используется однолучевой осциллограф С1-72.

Выполнение работы

1. Снять осциллограмму выходного напряжения и измерить его действующее значение.

Собрать цепь по схеме (рис. 5.3). Переключатели «Вых. сопротивл. » Г3-34 поставить в положение «50 Ом», «Пределы ослабления» – в положение «10 В», «Внутр. нагр.» – в положение «Выключено». Установить ручкой «Частота» и переключателем «Множитель» рабочую частоту генератора (табл. 5.1). Ручку «Регулировка выхода» повернуть по часовой стрелке до упора.

Рис. 5.3

Включить генератор и осциллограф. На экране осциллографа получить прямоугольные импульсы (рис. 5.1). Вольтметром измерить действующее значение напряжения и сопоставить его с расчетным.

Зарисовать осциллограмму входного напряжения.

Примечание. Переключатель «Род работы» осциллографа должен находиться в положении «Жд. П», «Род синхронизации» – в положении «Внутр.». Выходное напряжение генератора и частота при выполнении работы остаются неизменными. В ходе экспериментов исследуемые цепи подключаются входными зажимами 1–1' к выходу преобразователя, а выходными зажимами 2–2' – к осциллографу.

2. Исследовать резонансные явления в RLC цепи при несинусоидальном входном напряжении.

Собрать цепь, используя схему рис. 5.4.

Рис. 5.4

Изменяя емкость конденсатора в пределах от 40пФ до 9000пФ (с помощью дискретного магазина емкостей и плавного изменения поворота ручки), снять показания вольтметра при постоянном входном напряжении U = 5 В и f = const. Результаты измерений занести в табл. 5.2. По результатам измерений построить график I(f) и объяснить его.

Таблица 5.2

С, пФ
U, В

3. Выделение k-й гармоники.

В цепи (рис. 5.4) установить величину емкости конденсатора, рассчитанную в п. 3. Изменяя плавно в небольших пределах величину емкости конденсатора С1, добиться максимального показания вольтметра и кривой напряжения, наиболее близкой по форме к синусоидальной. Зарисовать осциллограмму напряжения на резисторе и снять показания вольтметра. Сравнить результаты эксперимента и расчета. Объяснить их.

4. Подавление k-й гармоники.

Собрать цепь, используя схему рис. 5.5. Зарисовать осциллограмму напряжения на выходе схемы при прежнем значении емкости конденсатора и объяснить её.

Рис. 5.5

5. Влияние характера сопротивления на формы кривых напряжения и тока.

5.1. Собрать цепь, используя схему рис. 5.4. Величину емкости конденсатора установить С = 3000 пФ. Зарисовать осциллограмму тока (напряжения) на резисторе R.

5.2. Собрать цепь, используя схему рис. 5.6. Зарисовать осциллограмму напряжения на катушке при значении емкости конденсатора С = 3000 пФ.

5.3. Собрать цепь, используя схему рис. 5.7. Зарисовать осциллограмму напряжения на конденсаторе при значении емкости конденсатора С = 3000 пФ.

Рис. 5.6 Рис. 5.7

Сопоставить кривые входного напряжения (п. 1), тока (напряжения на резисторе R) (п. 5.1), напряжений на катушке (п. 5.2), конденсаторе (п. 5.3) и объяснить их.

Контрольные вопросы

1. Как рассчитывается цепь, если источники несинусоидальные?

2. Как зависят индуктивное и емкостное сопротивления от номера гармоники?

3. В чем состоит сущность резонансных явлений в цепях при несинусоидальном режиме?

4. Что понимают под максимальным, средним и действующим значениями несинусоидального тока?

5. Какие виды мощностей рассматриваются в цепях несинусоидального тока?

6. Как производится замена несинусоидальных кривых тока и напряжения эквивалентными синусоидами?

7. Решить задачу, предложенную преподавателем.