Лабораторная работа № 5 «Резонанс напряжений»

Цель работы: Исследование резонанса напряжений, построение векторных диаграмм и частотных характеристик.

Задание к лабораторной работе

1. Для схемы (рис. 1) с последовательным соединением конденсатора и катушки индуктивности измерьте действующие значения тока I и напряжений U, U_C, U_L при f = f₀, f<f₀ и f>f₀, где f₀=1/2√(LC). Результаты занесите в табл. 1. Постройте векторные диаграммы.

Рис. 1

2. Соберите схему (рис. 2) и снимите экспериментально частотные характеристики последовательного резонансного контура - R(f), X(f), Z(f), I(f), U_L(f), U_C(f) и (f) - при Q>1.

Рис. 2

Порядок выполнения лабораторной работы

1. Соберите цепь согласно схеме (рис. 1), подсоедините регулируемый источник синусоидального напряжения и установите напряжение на его выходе 2 В и частоту 500 Гц. В качестве индуктивности с малым активным сопротивлением используйте катушку трансформатора 300 витков, вставив между подковами разъемного сердечника полоски бумаги в один слой (немагнитный зазор).

Изменяя частоту приложенного напряжения, измеряйте значения тока и по его максимальному значению определите резонансную частоту. Для точной настройки по максимуму тока необходимо поддерживать неизменным напряжение на входе цепи. При измерениях виртуальными приборами резонанс настраивается по переходу через ноль угла сдвига фаз между входными напряжением и током. Тогда нет необходимости поддерживать входное напряжение неизменным.

Произведите измерения и запишите в табл. 1 результаты измерений при резонансе f=f₀, при f₁  0,75f₀ и f₂ 1,25f₀.

Таблица 1

f, Гц	I, мА	U, B	UL, B	UC, B
f0 =
f1 =
f2 =

Постройте в одинаковом масштабе векторные диаграммы на рис. 3 для каждого из рассмотренных случаев.

Рис. 3

2. Измерьте омметром активное сопротивление R_к катушки индуктивности, указанной на схеме (рис.2). Вычислите резонансную частоту f₀, характеристическое сопротивление  и добротность Q резонансного контура:

Соберите цепь согласно схеме (рис.2), включив в неё в качестве измерительных приборов соответствующие гнёзда коннектора и считая сопротивление R сопротивлением катушки индуктивности. Добавочное сопротивление Rдоб на этом этапе примите равным нулю (Q>1). Подсоедините регулируемый источник синусоидального напряжения и установите его параметры: U=5 B, f=f₀.

Включите виртуальные приборы и по показанию фазометра настройте более точно резонансный режим, изменяя частоту приложенного напряжения. Сравните экспериментальную резонансную частоту с расчётной:

Экспериментальная f₀= Гц.

Расчётная f₀= Гц.

Изменяя частоту от 0,2 до 2 кГц, запишите в табл.2 показания виртуальных приборов и на рис. 4. и рис. 5. постройте графики частотных характеристик при добротности Q>1.

Таблица 2

f, Гц	R, Ом	X, Ом	Z, Ом	I, мА	UC, В	URL, В	, град

Рис. 5

Включите в цепь добавочное сопротивление R_доб=100…330 Ом и убедитесь, что резонансная частота не изменилась, а ток и напряжения U_L и U_C при резонансе стали меньше.

Содержание отчета:

1. Цель работы.

2. Схемы рис.1, рис.2.

3. Расчетная часть работы.

4. Таблица 1, таблица 2.

5. Векторные диаграммы и графики частотных характеристик.

6. Выводы.

Контрольные вопросы к защите лабораторной работы:

1.В каких цепях может возникать резонанс напряжений?

2.Признак резонанса напряжений.

3.Сформулируйте условие возникновения резонанса напряжений.

4. На некотором участке электрической цепи реактивная мощность Q=0. Можно ли утверждать, что этот участок не содержит реактивных элементов?

5. Двухполюсник, имеющий комплексное сопротивление Ом, содержит несколько конденсаторов, катушек индуктивности и один резистор R. Можно ли утверждать, что R=1 Ом?

6.Сформулируйте определение резонансной частоты.

7.Нарисуйте частотные характеристики последовательного резонансного контура.