Общие указания к выполнению лабораторных работ
Скачать 260.5 Kb.
|
Общие указания к выполнению лабораторных работКаждый студент представляет отчет по лабораторной работе. В отчет заносятся исходные схемы, требуемые расчеты в соответствии с целью выполнения работы и заданием по вариантам, строятся необходимые графики, заполняются таблицы, обязательно делаются подробные выводы по результатам исследования. Лабораторная работа № 1 Законы Ома и Кирхгофа в резистивных цепях Цель работы: Изучение, исследование и проверка законов Ома и Кирхгофа в разветвленной электрической цепи, содержащей источник и резистивные элементы. Подготовка к выполнению работы: При подготовке к работе необходимо изучить: законы Ома для пассивного участка цепи, участка цепи с активными (источники) и пассивными (нагрузки) элементами, замкнутого контура; первый закон Кирхгофа – для узла цепи; второй закон Кирхгофа – для замкнутого контура цепи (глава 1 электронного учебника). Теоретическое исследование Исследовать схему, приведенную на рис. 1.1. Рисунок 1.1 Обозначить в схеме все токи в ветвях и их направления (в схеме с одним источником направления токов в ветвях определяются направлением источника). 3.2. Задать значение э.д.с. источника Е1=10 В. Задать значения сопротивлений резисторов: R1 =100+Nx10 (Ом), где N – номер варианта (последняя цифра пароля); 1 R2=R3=R4=R5=R6=100 Ом. 3.3. Определить (рассчитать) показания всех измерительных приборов – вольтметров и амперметров, используя для расчета закон Ома (метод свертывания). На схеме, в качестве примера, подключены только два вольтметра - для измерения напряжения на сопротивлениях R1и R4 (обратите внимание, что вольтметры подключаются параллельно элементам). Нужно добавить в схему вольтметры для измерения э.д.с. Е1 и напряжений на всех резистивных элементах. Показания (расчетные значения) вольтметров записать в таблицу 1.1. Таблица 1.1
По данным исследований проверить выполнение второго закона Кирхгофа (ЗНК) для любого из контуров электрической цепи. Добавить в схему амперметры (последовательно) (на рисунке 1.1 показано включение амперметра в ветвь с резистором R2), определить токи в каждой ветви и записать в таблицу 1.2. По результатам исследований (расчетов) проверить выполнение первого закона Кирхгофа (ЗТК) для любого узла схемы. Таблица 1.2
При подключении амперметров и вольтметров следует придерживаться направления протекания тока в ветви. Все приборы должны быть ориентированы по току - от плюса к минусу Используя закон Ома и данные расчетов U и I, определить значения резисторов в схеме. Сравнить с заданными значениями. Убедиться, что токи и напряжения в схеме линейно зависят от значения э. д. с. Е1. Для этого уменьшить Е1 в два раза, выполнить расчеты, аналогичные п.п. 3.4 и 3.5, заполнить таблицы аналогичные таблицам 1.1 и 1.2. Объяснить полученные результаты. Убедиться, что все токи и напряжения в схеме зависят от величины каждого резистора схемы. Для этого восстановить прежнее значение E1, уменьшить сопротивление резистора R1 в два раза, выполнить расчеты аналогичные п.п. 3.4 и 3.5, заполнить таблицы аналогичные таблицам 1.1 и 1.2. Объяснить полученные результаты. Требования к отчету Отчет должен содержать: схему с указанием всех элементов, токов и измерительных приборов; данные элементов схемы; контрольный (теоретический) расчет токов и напряжений в исходной схеме (п. 3.1). Результаты расчета проверить по первому и второму законам Кирхгофа; таблицы 1.1 и 1.2 для напряжений и токов исходной схемы; таблицы 1.3 и 1.4 для напряжений и токов при уменьшении Е1; таблицы 1.5 и 1.6 для напряжений и токов при уменьшении R1 в два раза; подробные выводы по проделанной работе. Лабораторная работа № 2 Электрические цепи при гармоническом воздействии Цель работы: Изучение электрических цепей, содержащих резисторы R, индуктивности L и емкости С при гармоническом (синусоидальном) воздействии Подготовка к выполнению работы При подготовке к работе необходимо изучить поведение R, L, C при различных способах включения (последовательное, параллельное, смешанное – глава 3 электронного учебника). Теоретическое исследование Исследование работы последовательной RL – цепи (рисунок 2.1) Рисунок 2.1 Задать значения сопротивления резистора R =100+Nx10 (Ом), где N – номер варианта (последняя цифра пароля); 1 индуктивности L=2 мГн. Задать напряжение источника E=10 В и частоту f=5 кГц Определить (рассчитать) показания (расчетные значения) вольтмера при измерении напряжения на резисторе UR и катушке индуктивности, добавить вольтметры в исследуемую схему. Записать показания вольтметров в таблицу 2.1. Таблица 2.1
При правильном измерении должно выполняться равенство т.к. UR и UL сдвинуты по фазе на 900 (на /2). Зная значение R и XL=wL=2fL, определить по закону Ома ток в резисторе IR и в катушке IL (IR = UR / R, IL = UL / XL). Убедиться в их равенстве (поскольку соединение последовательное). Показание амперметра определить (рассчитать) и записать в таблицу 2.1. Увеличить частоту f в два раза (т.е. установить f=10 кГц) и произвести все измерения и расчеты по п. 3.4. Данные измерений занести в таблицу 2.1. Обратить внимание на изменение тока и напряжений на элементах цепи, обусловленное увеличением в 2 раза сопротивления XL. Исследование работы последовательной RC-цепи (рисунок 2.2). Задать значения: сопротивления резистора R =100+Nx10 (Ом), где N – номер варианта (последняя цифра пароля); 1 емкости С=100 нФ; частоту и напряжение источника Е согласно п. 3.3. Рисунок 2.2 Определить (рассчитать) показания вольтметров для измерения напряжений UR и UC (добавить вольтметры в схему) и показания амперметра для измерения тока в цепи на частотах f=5 кГц иf=10 кГц. (см. п.п. 3.4 и 3.5). Данные измерений и расчетов занести в таблицу 2.2. Учесть, что реактивное емкостное сопротивление равно Xc=1/wC=1/2fC и с ростом частоты уменьшается. Таблица 2.2
Исследование схемы RLC-цепи (рис. 2.3). Добавить последовательно в схему предыдущего опыта (рисунок 2.2) катушку индуктивности L=2мГн. Задать частоту и напряжение источника Е согласно п. 3.3. Добавить в схему вольтметры и амперметр. Рис. 2.3 Определить (рассчитать) показания вольтметров (UR, UL и UC) и амперметра в цепи на частотах f=5 кГц иf=10 кГц. (см. п.п. 3.4 и 3.5). Данные показаний измерительных приборов (расчетов) занести в таблицу 2.3. Таблица 2.3
Учесть, что в данной цепи Обратить внимание и уметь объяснить изменения напряжений и тока в цепи, обусловленные частотной зависимостью сопротивлений XL=wLи XС=1/wС. Требования к отчету Отчет должен содержать схемы с указанием элементов и измерительных приборов; данные элементов схемы; таблицы значений напряжений и токов; контрольный (теоретический) расчет тока и напряжений для каждой из 3-х схем на частотах f=5кГц и 10 кГц, выполненный символическим методом; векторные диаграммы токов и напряжений для каждой из трех схем, построенные по результатам исследования (расчета) для f=5кГц. подробные выводы по результатам исследования. Лабораторная работа № 3 Резонансы напряжений и токов в электрических цепях Цель работы Исследование явления резонанса в последовательном и параллельном контурах, их частотных характеристик, влияния нагрузки на свойства контуров. Подготовка к выполнению работы При подготовке к работе необходимо изучить явления электрического резонанса в последовательном и параллельном контурах, основные расчетные соотношения, частотные характеристики контуров, влияние нагрузки на свойства контуров (параграфы 4.1, 4.2, 4.3 электронного учебника). Теоретическое исследование Исследовать работу схемы последовательного колебательного контура, подключенного к источнику переменного напряжения E (рис. 3.1). Рисунок 3.1 Задать следующие номиналы элементов: R=20 Ом, L=2 мГн, C=50+Nx5 нФ, где N – номер варианта (последняя цифра пароля) 1 Задать напряжение источника Е=1 В (частота задается в соответствии с пунктом 3.4). Определить (рассчитать) частотную характеристику ненагруженного последовательного контура в диапазоне частот, включающем в себя резонансную частоту f0. Резонансная частота fp определяется по формуле Остальные частоты можно получить, изменяя частоту f в обе стороны от резонансной через 0,5 кГц. При исследовании (расчете) взять 5 точек ниже частоты резонанса и пять точек выше частоты резонанса. Рассчитать амплитудно-частотную характеристику H(f) контура. Данные исследования (расчета) записать в таблицу 3.1 Таблица 3.1
По результатам расчетов построить Амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) H(f), определить по ней полосу пропускания SA контура (на уровне 0,707Н0) и рассчитать значение добротности полученного ненагруженного контура Рассчитать частотную характеристику нагруженного последовательного контура. Для этого подключите к выходу контура (параллельно индуктивности L) сопротивление нагрузки Rн величиной 1 кОм (рисунок 3.2). Рисунок 3.2 Проделать все расчеты и построение графика согласно п. 3.4. Данные измерений занести в таблицу 3.1. По результатам исследований сделать вывод о влиянии Rн на избирательные свойства последовательного контура, его эквивалентную добротность, полосу пропускания. Параллельный контур Исследовать работу схемы параллельного колебательного контура, подключенного к источнику тока J с большим внутренним сопротивлением (рисунок 4.1) R C J L Рисунок 3.3 Задать следующие номиналы элементов: R=20 Ом, L=2 мГн, C=50+Nx5 нФ. где N – номер варианта (последняя цифра пароля) 1 Задать ток источника тока J=10 мА. Рассчитать частотную характеристику напряжения UК(f) = Uвых(f) ненагруженного (RН отключено) параллельного контура в диапазоне частот, включающем в себя резонансную частоту f0. Расчет резонансной частоты произвести по формуле: Остальные частоты определяются так же, как и в п. 3.4. Рассчитать значения частотной характеристики контура на каждой частоте. Данные расчета записать в таблицу 3.2. Таблица 3.2.
По результатам расчета построить частотную характеристику (резонансную кривую) Uк(f), определить по ней полосу пропускания SА контура (на уровне 0,707UК0) и рассчитать значение добротности Q полученного ненагруженного контура Рассчитать частотную характеристику UК(f) = Uвых(f) нагруженного параллельного контура. Для этого подключить параллельно к выходу контура (рисунок 3.3) сопротивление нагрузки Rн. Установить на нем значение сопротивления 1 кОм. Проделать все измерения, построение графика и расчеты согласно п. 4.3. Данные измерений занести в таблицу 4.1. По результатам исследования и расчетов сделать вывод о влиянии Rн на избирательные свойства параллельного контура, его эквивалентную добротность, полосу пропускания. Требования к отчету Отчет должен содержать: схемы исследуемых цепей; данные элементов схемы; теоретический расчет параметров и характеристик исследуемых последовательного и параллельного колебательных контуров (ненагруженных и нагруженных); таблицы измеренных величин; графики частотных характеристик ненагруженного и нагруженного последовательного и параллельного контуров; подробные выводы по результатам исследования, в том числе оценка влияния генератора и нагрузки на избирательные свойства контуров. Литература Бакалов В. П., Дмитриков В. Ф., Крук Б. И. Основы теории цепей: Учебник для вузов/ Под ред. В. П. Бакалова – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Горячая линия – Телеком, 2009 – 536 с. (электронная версия). Чирков В.Д., Гусельникова Н.М. Основы теории цепей: методические указания к лабораторным работам (для студентов заочного факультета). – Новосибирск: СибГУТИ, 2011. – 29 с. |