- 21 -

УДК 621.3.01

Теория электрических цепей: Методические указания к лабораторным работам / Рязан. гос. радиотехн. акад.; Сост.: В.Н. Зуб, Н.В. Мещеряков, С.М. Милюков, В. П. Рынин; Под ред. В.П. Рынина. Рязань, 2002. 16 с.

Содержат материалы, необходимые для выполнения лабораторных работ по курсам ТЭЦ, ТОЭ, ОТЦ, РТЦС.

Предназначены для студентов дневного и вечернего отделений специальностей 2010, 2012, 2016.

Табл. 5 . Ил. 23 . Библиогр.: 4 назв.

Электротехника, линейные цепи, переходные процессы, переходная характеристика, импульсная характеристика, длинная линия, согласо- вание линии с нагрузкой

Печатается по решению методического совета Рязанской государственной радиотехнической академии.

Рецензент: кафедра ТОЭ Рязанской государственной радиотехнической академии ( зам. зав. кафедрой доц. В.И. Ивашкин )

3283

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

РЯЗАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ РАДИОТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

Методические указания к лабораторным работам

Рязань 2002

РАБОТА № 13

ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ

В ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ

Цель работы

Исследовать переходные процессы в цепях RC, RL, RLC при подключении их к источнику постоянного напряжения.

Подготовка к работе

1. Изучить разделы курса по конспектам лекций и учебникам [1-3].

2. Номер бригады	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
   L, мГн	214	300	260	290	180	160	190	145	155	200

   Выполнить расчеты. Исходные данные взять из таблицы согласно номеру бригады.

1. 

   Для схемы (рис. 13.1) найти напряжения на элементах R и L и начертить их графики. Определить постоянную времени цепи . При расчетах принять R = 1 кОм, Е_О = 2 В.

2. Рис. 13.1

   

   Для схемы (рис. 13.2) найти напряжения на элементах R и C и начертить их графики. Определить постоянную времени . При расчетах принять R=24 кОм, С=8000 пФ, Е_О=2 В.

3. Рис. 13.2

   

   Для последовательной RLC схемы (рис. 13.3) записать выражения и начертить качественно графики изменения напряжения на элементах R и C для случаев апериодического и коле­бательного процессов. Выразить через параметры схемы частоту собственных колебаний контура и коэффициент затухания .

4. Рис. 13.3

   Подготовить бланк отчета, поместив в нем исходные данные, схемы рабочих цепей, результаты расчетов, графики.

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, переключателей и переменного сопротивления (R4).

Для сборки цепи используются проводники с наконечниками, с помощью которых соединяются гнезда, показанные на схеме. Питание цепи осуществляется от генератора прямоугольных импульсов типа Г5-54. Длительность импульса выбрана такой, что переходный процесс в цепи практически заканчивается за время действия импульса. Длительность паузы между импульсами выбрана такой, что в цепи после прекращения импульса переходный процесс также практически заканчивается. Выбранные соотношения длительностей позволяют моделировать реакцию цепи при подключении ее к источнику постоянного напряжения путем исследования реакции цепи во время действия импульса той же величины.

Напряжение на выходе генератора контролируется по пиковому вольтметру, встроенному в генератор.

Наблюдение формы кривых напряжения осуществляется с помощью однолучевого осциллографа С1-72.

Выполнение работы

1. Для наблюдения импульсов на выходе генератора собрать цепь, изображен-ную на рис. 13.4. Установить частоту по­вторения импульсов равной 100 Гц, длительность импульса - 1000 мкс. Ампли-туду импульса установить равной 2 В.

Рис. 13.4

Р екомендуется использовать ждущий режим работы осциллографа (кнопка нажата). В этом режиме синхроимпульсы с генератора Г5-54 (Г) подаются на запуск развертки осциллографа С1-72. Для наблюдения реакции на включение напряжения следует установить задержку основного импульса относительно синхронизирующего около 10 мкс.

2. Переходный процесс в RL-цепи.

   1. Собрать цепь по схеме рис. 13.5.

2. 

   Рис. 13.5

   Переключатель П1 поставить в положение «I». Переключатель П2 (на рис. 13.5 не показан), изме­няющий величину резистора R1, также установить в положение «I». Зарисовать осциллограмму на­пряжения на резисторе R1 и оп­ределить постоянную времени цепи. Сопоставить результаты с расчетными.

3. Для наблюдения осциллограммы напряжения на катушке пере­вести П1 в положение «II». Зарисовать осциллограмму и сопоста­вить с расчетной.

4. Изменить величину резистора путем переключения П2 в положе­ние «II». Зарисовать осциллограммы напряжений согласно пп.2.2 и 2.3.

2. Переходный процесс в RC-цепи.

1. Собрать цепь по схеме рис. 13.6.

2. 

   Рис. 13.7

   Переключателем П3 (П2 и П3 на рис. 13.6 не показаны) ус­тановить емкость кон­денсатора С=8000 пФ, П1 поставить в положе­ние «II», П2 - в положе­ние «II». Зарисовать осцил­лограмму напряже­ния на конденса­торе. Определить постоянную вре­мени цепи. Сопоста­вить полученные резуль­таты с расчетными.

3. Зарисовать осциллограмму на­пряжения на резисторе R2, предварительно установив П1 в по­ложение «I». Сопоставить с расчетной.

4. Рис. 13.6

   Переключателем П2 изменить величину резистора путем уста­новки П2 в положение «I». Зарисовать осциллограммы напряже­ний на резисторе и конденсаторе согласно пп.3.2 и 3.3.

3. Переходный процесс в RLC- цепи.

1. 

   Собрать цепь по схеме рис. 13.7.

2. Колебательный процесс. Для наблюдения осциллограммы напряжения на резисторе R4 ус­тановить П1 в положение «I», П2 - в положе­ние «IV». Переключателем П3 установить емкость конденсатора С=8000 пФ. Плавно изменяя величину со­противления резистора R4, добиться затухающего колебательного процесса, при котором за длительность переходного процесса на­блюдается около трех периодов колебаний. Зарисовать осцилло­грамму напряжения. По ее виду определить частоту собственных колебаний и коэффициент затухания.

3. Апериодический процесс. Увеличивая величину сопротивления резистора R4, добиться мо­мента исчезновения колебаний, что соответствует критическому режиму. Продолжая увеличивать сопротивление резистора R4, получить апериодический процесс. Зарисовать осциллограммы напряжений на резисторе R4 для обоих случаев.

Контрольные вопросы

1. Как формулируются законы коммутации ?

2. Что понимают под независимыми и зависимыми начальными условиями ?

3. Как составляется характеристическое уравнение ?

4. Что понимают под принужденным и свободным режимами ? Каков их смысл ?

5. Что такое постоянная времени цепи первого порядка ? Как ее определить по осциллограмме переходного процесса ?

6. Как определить частоту собственных затухающих колебаний и коэффици­ент затухания по осциллограмме переходного процесса ?

Работа № 14

Исследование

Переходных и импульсных характеристик

Цель работы

1. Рассчитать и измерить переходные и импульсные характеристики линейных цепей.

2. Рассчитать реакцию цепи на прямоугольный импульс и объяснить динамику переходных процессов.

Подготовка к работе

1. Изучить рассматриваемую тему по конспектам лекций и одному из учебников [1-3].

2. Выполнить расчеты. Исходные данные взять из таблицы, Е_О=2 В, С=8 нФ.

1. 

   Для цепи RL (рис. 14.1, R=1 кОм ) рассчитать переходную и импульсную характеристики. Построить графики полученных функций и убедиться в их соответствии друг другу.

2. Рис. 14.1

   

   Для цепи RC (рис. 14.2, R=24 кОм) рассчитать и построить переходную и импульсную характеристики. Убе­диться в их соответствии друг другу.

3. Рис. 14.2

   Для цепи RLC (рис. 14.3, R=0.15R_КР ) рассчитать переходную и импульсную характеристики, построить графики по­лученных функций и убедиться в их соответствии друг другу.

3. 

   Подготовить бланк отчета.

4. Ознакомиться с описанием установки.

Рис. 14.3

Номер бригады	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
L, мГн	214	300	260	290	180	160	190	145	155	200

Описание установки и методика измерений

Для экспериментального определения переходной и импульсной характери­стик на вход исследуемой цепи подаются прямоугольные импульсы от генератора Г5-54 с выхода 1:1 (внутреннее сопротивление генератора 90 Ом). Выходные сигналы наблюдаются с помощью осциллографа С1-72. Для наблюдения переходной характеристики длительность импульса должна быть больше длительности переходного процесса, т.е. t_и > t_{пер. проц}. Для наблюдения импульсной характеристики длительность импульса должна быть достаточно малой, чтобы его можно было считать ударным воздействием. Интервал между импульсами должен быть достаточно большим, чтобы в течение его энергия, накопленная в цепи, рассеялась и схема вернулась к нулевым начальным условиям.

С учетом перечисленных требований следует частоту повторения импульсов установить равной 100 Гц, длительность импульса при измерении переходной характеристики - 1000 мкс, а при измерении импульсной характеристики - 10 мкс. Амплитуду импульса следует установить равной 2 В.

Р екомендуется использовать ждущий режим работы осциллографа (кнопка нажата). В этом режиме синхроимпульсы с генератора Г5-54 подаются на запуск развертки осциллографа С1-72. Для наблюдения переднего фронта характеристик следует установить задержку основного импульса относи­тельно синхронизирующего около 10 мкс.

Для количественного сравнения результатов эксперимента с расчетами для RC и RL цепей следует измерить максимальное значение и постоянную времени каждой из исследуемых характеристик. Для цепи RLC необходимо измерить установившееся значение, и _св. При наблюдении импульсных характеристик следует иметь в виду, что величина реакции цепи много меньше амплитуды входного импульса. Поэтому наблюдение самого импульса, прошедшего на выход цепи, и последующей реакции цепи должно прово­диться при различной чувствительности усилителя вертикального отклонения осциллографа.