АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра теоретических основ электротехники 

 

 

 

Теория электрических цепей 1

Методические указания к лабораторным работам

(для студентов всех форм обучения специальностей бакалавриата 050719-Радиотехника,электроника и телекоммуникации, 050704-Вычислительная техника и программное обеспечение)

 

 

 

Алматы 2007 

СОСТАВИТЕЛИ: З.И.Жолдыбаева, Е.Х.Зуслина, Т.И.Коровченко. Теория электрических цепей 1. Методические указания к выполнению  лабораторных работ для студентов всех форм обучения специальностей 050719-Радиотехника, электроника и телекоммуникации,050704-Вычислительная техника и программное обеспечение.– Алматы: АИЭС, 2007. –  44 с.

 

Методические указания  к лабораторным работам содержат 10 лабораторных работ по четырем разделам: цепи постоянного тока, цепи однофазного синусоидального тока, амплитудно-частотные и фазо-частотные характеристики электрических цепей, пассивные фильтры «К» типа.

Каждая лабораторная работа включает: цель работы, подготовку к работе, порядок выполнения работы, оформление, анализ результатов работы и выводы о проделанной работе.

Методические указания к лабораторным работам предназначены для студентов всех форм обучения специальностей бакалавриата 050719-Радитехника, электроника и телекоммуникации, 050704-Вычислительная техника и программное обеспечение.

Ил. 30, табл. 38, библиогр.- 8  назв.

Рецензент: канд.техн.наук, проф. Г.С.Казиева.

 

 

Печатается по плану издания некомерческого акционерного общества «Алматинский институт энергетики и связи» на  2007г.

 

 

© НАО «Алматинский институт энергетики и связи», 2007г.

 

1 Лабораторная работа № 1. Исследование линейной электрической цепи постоянного тока

 

1.1 Цель работы

Получение навыков экспериментального исследования цепей постоянного тока, используя законы Ома, Кирхгофа и метод наложения.

1.2 Подготовка к работе

1.2.1 Повторить раздел «Линейные электрические цепи постоянного тока».

1.2.2 Записать законы Ома и Кирхгофа соответственно для схем (рисунок 1.1, 1.2).

1.2.3 Каким образом экспериментально определить э.д.с. источника напряжения?

1.2.4 Как построить для схемы (рисунок 1.1) потенциальную диаграмму?

1.2.5 Как для схемы (рисунок 1.2) произвести расчёт токов методом наложения?

1.3 Порядок выполнения работы

1.3.1 Собрать цепь (рисунок 1.1), установить ЭДС Е1, Е2  согласно заданному варианту (таблица 1.1).

Таблица 1.1

№ варианта

1

2

3

4

5

6

Е1

20

15

20

10

25

20

Е2

10

20

15

20

20

18

 

Рисунок 1.1

1.3.2 Измерить ток, ЭДС источников Е1 и Е2 и напряжения на резисторах. Результаты занести в таблицу 1.2.

  Таблица 1.2

I=                 ;           E1=                      ;                                 E2=                ;

Резистор

R1

R2

R3

R3

R5

R6

Напряжения, В

 

 

 

 

 

 

Сопротивления,Ом

 

 

 

 

 

 

Проводимость, См

 

 

 

 

 

 

 

1.3.3 Измерить потенциалы всех точек относительно одной, например j1=0. Результаты занести в таблицу 1.3. 

Таблица 1.3

Потенциалы

j1

j2

j3

j4

j5

j6

j7

j8

Теоретический расчёт

 

 

 

 

 

 

 

 

Эксперимент

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3.4 Собрать цепь (рисунок1.2) .

1.3.5 Для проверки метода наложения измерить токи в ветвях при включении двух источников и при поочередно закороченных э.д.с. E1 и E2, (рисунок 1.3, 1.4) результаты занести в таблицу 1.4.

        

  Таблица 1.4

Вид исследований

 

I1

I2

I3

Теоретический расчёт

 

 

 

 

Эксперимент

E1=0; Е20

 

 

 

E2=0; Е10

 

 

 

E10; E20

 

 

 

Расчёт по экспериментальным данным

 

 

 

 

 

Рисунок 1.2

Рисунок 1.3

Рисунок 1.4

1.4 Обработка результатов экспериментов

1.4.1 Для схемы (рисунок1.1) рассчитать ток по закону Ома, потенциалы всех точек, по результатам экспериментов рассчитать величины сопротивлений и их проводимости.

1.4.2 Для схемы (рисунок 1.1) построить потенциальную диаграмму по расчётным и экспериментальным данным и определить из нее ток в цепи.

1.4.3 Для схемы (рисунок 1.2) произвести теоретический и экспериментальный расчёт токов методом наложения.

1.4.4 Проверить соблюдение законов Кирхгофа для схемы (рисунок 1.2).

1.4.5 Сравнить результаты экспериментов и теоретических расчётов.

 

1.5 Методические указания

1.5.1 Расчет токов методом наложения состоит в следующем: ток в любой ветви можно рассчитать как алгебраическую сумму токов, вызываемых в ней каждым из источников ЭДС в отдельности. При расчете токов, вызванных каким-либо источником ЭДС, остальные источники ЭДС в схеме заменяются короткозамкнутыми участками.

 

2 Лабораторная работа № 2. Исследование линейной развлетвленной электрической цепи постоянного тока

 

2.1 Цель работы

Получение навыков экспериментального исследования разветвленных цепей постоянного тока, используя  методы контурных токов и узловых потенциалов, метод эквивалентного генератора.

 

2.2 Подготовка к работе

2.2.1 Повторить раздел «Линейные электрические цепи постоянного тока».

2.2.2 Используя значения сопротивлений R1R6 из лабораторной

 работы №1  (таблица 1.2) и значения ЭДС, согласно заданному варианту

(таблица 2.1), рассчитать все токи методом контурных токов и узловых

 

 

 

потенциалов, а также потенциалы узлов электрической цепи для схемы

(рисунок 2.1). Результаты расчетов занести в таблицу 2.2

2.2.3 Определить один из токов IB методом эквивалентного генератора согласно заданному варианту (таблица 2.1). Результаты расчётов занести в таблицу 2.3.

Таблица 2.1

№ варианта

1

2

3

4

5

6

Е1,В

20

15

20

10

25

20

Е2,В

10

20

15

20

20

18

Ток, определяемый МЭГ

I1

I2

I3

I4

I5

I6

 

2.3 Порядок выполнения работы

2.3.1 Собрать цепь по схеме (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1

2.3.2 Измерить и занести в таблицу 2.2 показания амперметров (значения токов ), показания вольтметров (значения потенциалов узлов ). При измерении потенциалов, потенциал одного из узлов (тот же, что и в расчете) принять равным 0.

 

  Таблица 2.2

Вид исследования

 

j1

j2

j3

j4

I1

I2

I3

I4

I5

I6

 

Теоретический

расчёт

МКТ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МУП

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Экспериментальные

исследования

МКТ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МУП

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3.3 Для определения тока методом эквивалентного генератора в ветви IВ измерить напряжение холостого хода Uxx  на зажимах разомкнутой ветви и ток IВКЗ в этой ветви при её коротком замыкании. Результаты занести в таблицу 23.

Таблица2.3

Вид исследования

Uxx, В

IВКЗ,  А

Rэг, Ом

Еэг, В

IВ, А

 

Теоретический расчёт

 

 

 

 

 

 

Экспериментальные

исследования

 

 

 

 

 

 

2.4 Обработка результатов экспериментов

2.4.1 Сравнить величины токов, полученных экспериментально

с расчётными значениями (таблица 2.2).  

2.4.2 Сравнить значения тока IВ, полученные экспериментально и путём расчета методом эквивалентного генератора (таблица 2.3).

Погрешность определить по формуле  .

2.5 Методические указания

Определение токов методом эквивалентного генератора. Ток в искомой ветви  IB  электрической цепи определяется по формуле

                         

где  ,  - напряжение холостого хода на зажимах разомкнутой ветви;

-ЭДС эквивалентного генератора;

-внутреннее сопротивление эквивалентного генератора, равное входному сопротивлению пассивной цепи относительно зажимов разомкнутой ветви. Пассивная цепь получается из исходной схемы, в которой все источники ЭДС заменены короткозамкнутыми участками. Сопротивление  можно рассчитать по формуле

                            .

 

 

 

3 Лабораторная работа №3. Исследование неразветвлённой электрической цепи однофазного синусоидального тока

 

3.1 Цель работы

Целью работы является экспериментальная проверка законов Ома и Кирхгофа для неразветвлённых цепей переменного тока, построение векторных диаграмм.

 

3.2        Подготовка к работе

 

3.2.1 Повторить раздел курса ТЭЦ «Линейные электрические цепи однофазного синусоидального тока».

3.2.2 Записать закон Ома и второй закон Кирхгофа в комплексной форме для схем (рисунки 3.1;3.3).

3.2.3 Как перейти от комплексного тока (напряжения) к его мгновенному значению?

3.2.4 Что называется действующим значением электрических величин (тока, напряжения, ЭДС).

3.2.5 Рассчитать  емкостное сопротивление , индуктивное сопротивление, полное сопротивление Z для цепей (рисунок 3.1;3.3) согласно заданному варианту (таблица 3.1). Результаты занести в таблицы  3.2; 3.3; 3.4.

3.2.6 Рассчитать комплексные и действующие значения токов в заданных электрических цепях и напряжений на каждом элементе (рисунки 3.13.3) по параметрам своего варианта (таблица 3.1). Результаты занести в таблицы 3.2; 3.3; 3.4.

3.2.7 Рассчитать активную, реактивную и полную мощности для схем (рисунок 3.1;3.3). Результаты занести в таблицы 3.2; 3.3; 3.4.

3.2.8 Построить по результатам расчётов векторные диаграммы токов и напряжений для схем (рисунок 3.1;3.3).

3.2.9 Построить п результатам расчетов треугольники сопротивлений и мощностей для схем (рисунок 3.1;3.3).

3.3       Порядок выполнения работы

 

3.3.1 Собрать цепь по схеме (рисунок 3.1); установить параметры цепи, согласно заданному варианту (таблица 3.1). Измерить ток и напряжения на каждом элементе. Результаты занести в таблицу 3.2.

Рисунок 3.1

 

Таблица 3.1

№ варианта

1

2

3

4

5

6

 

R, Ом

300

200

150

100

250

120

С, мкФ

0,1

0,08

0,1

0,3

 

0,05

0,2

L, мГн

8

4

3

2

 

3

5

f, кГц

5

10

9

8

12

6

U, В

5

6

8

10

12

15


Таблица 3.2

Вид исследований

R,

Ом

C,

мкФ

f,

Гц

U,

B

,

Ом

 

Z,

Ом

UR,

B

UC,

B

I,

мA

 P,

Вт

Q,

ВАр

S,

ВА

Теоретический расчет

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Эксперимент

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.3.2 Собрать цепь по схеме (рисунок 3.2) по данным своего варианта (таблица 3.1). Измерить ток и напряжения на каждом элементе. Результаты занести в таблицу 3.3.

 

Рисунок 3.2

 

Таблица 3.3

Вид исследований

R,

Ом

L,

мГн

f,

Гц

U,

B

,

Ом

 

Z,

Ом

UR,

B

UL,

B

I,

мA

P,

Вт

Q,

ВАр

S,

ВА

Теоретический расчет

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Эксперимент

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.3.3 Собрать цепь по схеме (рисунок 3.3) по данным своего варианта (таблица 3.1) Измерить ток и напряжения на каждом элементе. Результаты занести в таблицу 3.4.

Рисунок 3.3

   Таблица 3.4

Вид исследований

U,

 B

Xc,

Ом

XL,

Ом

 

X., Ом

Z,

Ом

Uc,

В

UR,

B

UL,

B

I,

мA

P,

Вт

Q,

ВАр

S,

ВА

Теоретический расчет

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Эксперимент

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.4       Обработка результатов экспериментов

3.4.1 Для схем (рисунок 3.13.3) по результатам экспериментов построить в масштабе векторные диаграммы.

3.4.2 Проверить закон Ома и второй закон Кирхгофа по экспериментальным данным для схем (рисунок 3.13.3). Определить величину полного сопротивления, сos j.

3.4.3 По результатам экспериментов определить активную Р, реактивную Q и полную S мощности цепи. Проверить соотношения, связывающие эти мощности. Нарисовать в масштабе треугольники сопротивлений и мощностей.

 

3.5       Методические указания

 

3.5.1 Построение векторных диаграмм тока и напряжений для RL- цепи (рисунок 3.1) показано на рисунке 3.4 а). Вектор напряжения на активном сопротивлении  совпадает  по фазе с вектором тока , а вектор напряжения на индуктивности опережает вектор тока на . Входное напряжение  опережает вектор тока на угол .Треугольник напряжений показан на рисунке 3.4 б).

а)                         б)                         в)                         г)

                                               Рисунок 3.4        

 

3.5.2Экспериментальное действующее значение входного напряжения определяется по формуле: . Угол  вычисляется по формуле , а .

3.5.3 Комплексное сопротивление для RL-цепи (рисунок 3.1) рассчитывается по формуле Z=R+jL=R+j2pfL=R+jXL, полное сопротивление Z=.3.5.4 По экспериментальным данным полное сопротивление рассчитывается по формуле Z=, активная составляющая R=, реактивная составляющая  XL=.

3.5.5 Проверить соотношения, связывающие активную,реактивную и полную мощности Р,Q, S можно по формулам : Р=UIcos, Q=UIsin, S=UI=, Р=IR, Q=IXL, S=IZ.

Аналогично выполняются расчеты для схем 3.2, 3.3.

4 Лабораторная работа № 4. Исследование разветвлённой линейной электрической цепи однофазного синусоидального тока

 

4.1 Цель работы

Целью работы является экспериментальная проверка законов Ома и Кирхгофа для разветвленных  цепей переменного тока, построение векторных и топографических диаграмм.

4.2 Подготовка к работе

4.2.1 Повторить раздел курса ТЭЦ «Линейные электрические цепи однофазного синусоидального тока».

4.2.2 Рассчитать  реактивные  проводимости ,, активные проводимости q1 и q2, комплексные Y1, Y2  проводимости, модули комплексных проводимостей (полные проводимости) y1, y2, аргументы комплексных проводимостей (углы сдвига фаз между напряжением и токами I1, I2) ,  для каждой ветви, входную комплексную Y проводимость, модуль входной комплексной проводимости (полную проводимость) y, аргумент входной комплексной проводимости (угол сдвига фаз между напряжением и током на входе цепи) (рисунок 4.1), согласно заданному варианту (таблица 4.1). Результаты расчета занести в таблицу 4.2.1 и 4.2.2.

4.2.3 Рассчитать, согласно заданному варианту (таблица 4.1), емкостную проводимость , индуктивную проводимость , активную проводимость q1, входную комплексную проводимость Y, модуль входной комплексной проводимости (полную проводимость) y, аргумент входной комплексной проводимости (угол сдвига фаз между напряжением и током на входе цепи) (рисунок 4.2), Результаты расчета занести в таблицу 4.3.

4.2.4 Рассчитать комплексные и действующие значения токов и напряжений на каждом элементе схем (рисунок 4.1) по параметрам своего варианта (таблица 4.1). Результаты занести в таблицу 4.4.

4.2.5 Рассчитать комплексные и действующие значения токов в каждой ветви схемы (рисунок 4.2) по параметрам своего варианта (таблица 4.1). Результаты занести в таблицы 4.5.

4.2.6 Рассчитать активную, реактивную и полную мощности для схемы (рисунок 4.1). Результаты занести в таблицу 4.4. Построить треугольник мощностей.

4.2.7 Рассчитать активную, реактивную и полную мощности для схемы (рисунок 4.2). Результаты занести в таблицу 4.5.

4.2.8 Построить по результатам расчётов векторные диаграммы токов и напряжений для схемы (рисунок 4.1).

 4.2.9 Построить по результатам расчётов векторные диаграммы токов, треугольник токов для схемы (рисунок 4.2).

4.2.10 Построить по результатам расчетов треугольники проводимостей и мощностей для схемы (рисунок 4.2).

Таблица 4.1

№ варианта

1

2

3

4

5

6

 

R1, Ом

200

150

200

300

250

150

R2, Ом

300

200

150

100

250

120

С, мкФ

0,1

0,08

0,1

0,3

 

0,05

0,2

L, мГн

8

4

3

2

 

3

5

f, кГц

5

10

9

8

12

6

U, В

5

6

8

10

12

15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.3 Порядок выполнения работы

4.3.1 Собрать цепь по схеме (рисунок 4.1). Установить параметры цепи согласно заданному  варианту (таблица 4.1).

4.3.2 Измерить токи в каждой ветви и напряжения на каждом элементе. Результаты занести в таблицу 4.4.

Таблица 4.2.1

Вид исследований

R1,

Ом

R2,

Ом

С,

мкФ

L,

мГ

f,

кГц

bC,

См

bL,

См

q1,

См

q2,

См

Теоретический расчет

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Эксперимент

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 4.2.2

Вид исследований

y,

См

,

град.

y2,

См

 

,

град.

y,

См

, град.

Теоретический расчет

 

 

 

 

 

 

Эксперимент

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 4.3

Вид исследований

R1,

Ом

С,

мкФ

L,

мГ

f,

Гц

bC,

См

bL,

См

q1,

См

b,

См

y,

См

Y,

См

 

,

град

Теоретический расчет

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Эксперимент

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 4.4

 

 

U,

B

UR1,В

UR2,В

UL, В

Uc,

В

I,

мA

I1,

мA

I2,

мA

P,

Вт

Q,

ВАр

S,

ВА

Теоретический расчет

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Эксперимент

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 4.5

Вид исследований

U,

 B

I,

мА

I,

мA

I,

мA

I,

мA

P,

Вт

Q,

ВАр

S,

ВА

Теоретический расчет

 

 

 

 

 

 

 

 

Эксперимент

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.3.3 Собрать цепь по схеме (рисунок 4.2). Установить параметры цепи согласно заданному варианту (таблица 4.1).

4.3.4 Измерить токи в каждой ветви и напряжение на входе цепи. Результаты занести в таблицу 4.5.

                                               Рисунок 4.1

 

 

Рисунок 4.2

 

4.4 Обработка результатов экспериментов

4.4.1 Для схемы (рисунок 4.1) по результатам экспериментов построить векторные диаграммы токов и напряжений.

4.4.2 Для схемы (рисунок 4.1) рассчитать по данным эксперимента  реактивные  проводимости ,, активные проводимости q1 и q2, комплексные Y1, Y2  проводимости, модули комплексных проводимостей (полные проводимости) y1, y2, аргументы комплексных проводимостей (углы сдвига фаз между напряжением и токами) ,  для каждой ветви, входную комплексную Y проводимость, модуль входной комплексной проводимости (полную проводимость) y, аргумент входной комплексной проводимости (угол сдвига фаз между напряжением и током на входе цепи) . Результаты записать в таблицы 4.2.1 и 4.2.2.

4.4.3 Для схемы (рисунок 4.1) проверить законы Кирхгофа. Определить  сos j, активную Р, реактивную Q и полную S мощности цепи. Результаты занести в таблицу 4.4.  Проверить  соотношения, связывающие эти мощности. Построить треугольник мощностей. 

4.4.4 Для схемы (рисунок 4.2) по результатам экспериментов построить в масштабе векторную диаграмму токов и треугольник токов.

4.4.5 Для схемы (рисунок 4.2) определить по результатам эксперимента емкостную проводимость , индуктивную проводимость , активную проводимость q1, входную комплексную Y проводимость, модуль входной комплексной проводимости (полную проводимость) y, аргумент входной комплексной проводимости (угол сдвига фаз между напряжением и током на входе цепи). Результаты записать в таблицу 4.3. Построить треугольник проводимостей.

4.4.6 Для схемы (рисунок 4.2)  проверить первый закон Кирхгофа по результам эксперимента.

4.4.7 Определить сos j, активную Р, реактивную Q и полную S мощности цепи. Результаты записать в таблицу 4.5. Проверить соотношения, связывающие эти мощности. Построить треугольник мощностей. 

 

4.5 Методические указания

4.5.1 Для электрической цепи (рисунок 4.1) комплексные проводимости ветвей рассчитываются по формулам

 

 

где  ; ;

; ;

 

где  ; ,

;  .

Входная комплексная проводимость равна

 

 где  ;

;  ; .

Ток в каждой ветви равен ,  .

Ток на входе цепи   можно представить в виде

где  -активная составляющая тока, совпадающая по фазе с напряжением;

- реактивная составляющая тока, сдвинутая по фазе относительно напряжения на угол   (рисунок 4.3).

         Рисунок 4.3

 

Треугольники токов и проводимостей при активно-емкостном характере цепи представлены на рисунках 4.4 а) и 4.4 б).

                         

         а)                                            б)              

                                     Рисунок 4.4

 

По экспериментальным данным полные проводимости ветвей и полная входная проводимость определяются по формулам

,      ,      .

Аргументы комплексных проводимостей ветвей равны

,.

Аргумент входной комплексной проводимости (разность фаз напряжения и тока на входе цепи) можно определить из векторной диаграммы, построенной по экспериментальным данным.

Активные и реактивные проводимости определяются по формулам

, , , ,

, .

 Первый закон Кирхгофа можно проверить по векторной диаграмме. Второй закон Кирхгофа проверяется по формулам

.

4.5.2 Для электрической цепи (рисунок 4.2) комплексные проводимости ветвей равны:

,,

 где , .

Комплексная входная проводимость равна

.

По эксперементальным данным

,  ,  , ,

где  - активная составляющая тока ;

- реактивная составляющая тока ;

. Модуль реактивной составляющей тока равен .

Векторная диаграмма представлена на рисунке 4.5, треугольники токов и проводимостей на рисунках 4.4 а), 4.4 б).

                                                                                

                                     Рисунок 4.5

Активная, реактивная и полная мощности для схем (рисунки 4.1,4.2) определяются по формулам

, , .

Треугольники мощностей приведены на рисунках 4.6 а)- цепь имеет активно-индуктивный характер,         4.6 б)- цепь имеет активно-емкостной характер.                                            

                               

                                     а)                                   б)

                                              Рисунок 4.6

 

5 Лабораторная работа № 5. Резонанс напряжений

 

5.1 Цель работы

Экспериментальное  исследование резонансных свойств последовательного колебательного контура.

 

5.2 Подготовка к работе

 

5.2.1 Повторить раздел курса ТЭЦ «Резонанс в электрических цепях. Резонанс напряжений».

5.2.2 Какой режим в электрической цепи называется резонансом?

5.2.3 В каких электрических цепях возникает резонанс напряжений?

5.2.4 При каком условии в электрической цепи возникает резонанс напряжений?

5.3.5 Рассчитать согласно заданному варианту (таблица 5.1) резонансную частоту f0, затухание d, граничные частоты f1 и f2 полосы пропускания контура, характеристическое сопротивление контура r, активное сопротивление контура R для двух значений добротности Q1=2. Q2=4.

5.2.6 Рассчитать ток I0, напряжения на индуктивности  и ёмкости  при резонансе.

5.2.7 Построить векторную диаграмму тока и напряжений последовательного колебательного контура при резонансе.

5.2.8 Построить частотные характеристики последовательного колебания.  Построить резонансные кривые I(f); UL(f),Uc(f).

 5.2.10 Построить резонансные кривые   для двух разных добротностей, показать как определяется полоса пропускания и как она зависит от добротности контура.

5.3 Порядок выполнения работы

5.3.1 Собрать последовательный колебательный контур (рисунок 5.1). Предусмотреть измерительные приборы для измерения тока и напряжений на элементах контура. Установить напряжение на входе 3¸5В. Параметры элементов выбираются согласно варианту задания (таблица 5.1).

Рисунок 5.1

 

Таблица 5.1

№ варианта

L, мГн

С, мкФ

1

20

0,02

2

                   16  

                  0,03

3

                   15

                  0,04

4

                   14     

                  0.05

5

                   12

                  0,03

6

                   10

                  0,04

 

5.3.2 Изменяя частоту входного напряжения, снять зависимости , ,  для контура с добротностью Q1=2. Результаты занести в таблицу 5.2.

 

Таблица5.2

f,   Гц

Q1=2

Q=4

 

I ,мА

UC, B

UL,В

UR ,В  

I, мА

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  5.3.3 Установить сопротивление резистора R  в контуре для добротности Q2=4. Изменяя частоту входного напряжения снять зависимость . Результаты занести в таблицу 5.2.

  5.4 Обработка результатов экспериментов

 

5.4.1 По экспериментальным данным (таблица 5.2) построить резонансные кривые  , , ,  и сравнить их с теоретическими кривыми. Экспериментально определить резонансную частоту f0.

5.4.2 Построить графики зависимости I/I0=F(f/f0) для добротностей Q1, Q2 по данным таблицы 5.2 и по ним определить граничные частоты f1, f2, абсолютную и относительную полосы пропускания.

5.4.3 Рассчитать и построить график зависимости от частоты. Сравнить с теоретической кривой  .

5.4.4 По экспериментальным данным (таблица 5.2) определить добротность контура Q1 и сравнить с заданным значением.

5.4.5 Построить в масштабе векторные диаграммы для частот f0, f1 , f2.

 

5.5 Методические указания

 

5.5.1 Полное входное сопротивление последовательного колебательного контура на частоте  определяется по экспериментальным данным:

Z=.

         5.5.2 Сдвиг по фазе между током и напряжением на входе контура вычисляется по экспериментальным данным по формуле                                    

                                     

где R -активное сопротивление контура.

 

Лабораторная работа №6. Резонанс токов

 

6.1 Цель работы

Экспериментальное исследование резонансных свойств параллельного колебательного контура.

 

6.2 Подготовка к работе

6.2.1 Повторить раздел курса ТЭЦ “Резонанс в электрических цепях. Резонанс токов”.

Ответить на вопросы.

6.2.2 В каких электрических цепях возникает резонанс токов?

6.2.3 При каком условии в электрической цепи возникает резонанс токов?

6.2.4 Рассчитать резонансную частоту f0 и добротность Q параллельного колебательного контура (без потерь и с потерями).

6.2.5 Построить частотные характеристики параллельного колебательного контура BL(w); BC(w); B(w)=BL(w)-BC(w).

6.2.6 Нарисовать кривые модулей входного сопротивления Zвх(f) и входного тока I(f) в зависимости от частоты.

6.2.7 Рассчитать характеристическое сопротивление параллельного колебательного контура?

6.2.8 Как рассчитать ток на входе параллельного контура при резонансе?

6.2.9 Построить векторную диаграмму токов параллельного контура при резонансе.

6.2.10 Построить графики I(f), IL(f), IC(f), Zвх(f), jZВХ(f).

6.2.11 При каких значениях сопротивлений R1 и R2 возможен резонанс токов в параллельном колебательном контуре с потерями.

6.3 Порядок выполнения работы

6.3.1 Собрать цепь по схеме (рисунок 6.1). Установить напряжение на входе 3-5В. Параметры элементов выбираются согласно варианту задания (таблица 6.1).

Рисунок 6.1

 

Таблица 6.1

№ варианта

L, мГн

С, мкФ

R,Ом

1

20

0,02

50

2

16

0,03

60

3

15

0,04

80

4

14

0.05

40

5

12

0,03

30

6

10

0,04

50

 

6.3.2 Изменяя частоту входного напряжения от 0,2 f0 до 2,5 f0, снять зависимости I(f), IL(f), IC(f). Результаты занести в таблицу 6.2.

 

Таблица 6.2

f,Гц

I,мА

IL,мА

IC,мА

Zвх,Ом

вх, град.

Uвх,В

 

 

 

 

 

 

 

 

Из экспериментальных данных определить резонансную частоту f0. По мере приближения к резонансной частоте входное сопротивление параллельного контура станет возрастать, а ток в неразветвлённой части цепи уменьшаться.

         6.3.3 Для исследования параллельного колебательного контура с потерями собрать схему (рисунок 6.2). Сопротивления R1 и R2 подобрать так, чтобы R1<r,  R2 <r или R1>r,  R2 >r.

         6.3.4 Изменяя частоту входного напряжения снять зависимости I(f), I1(f), I2(f).

  6.3.5 Рассчитать резонансную частоту fр и определить её экспериментально. Найти частоты f1  и f2, при которых ток I в неразветвлённой цепи увеличивается в 1,41 раз. Результаты занести в таблицу 6.3.

 Таблица 6.3

f,Гц

I,мА

I1,мА

I2,мА

Zвх,Ом

Uвх,В

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 6.2

 

6.4 Обработка результатов экспериментов

         6.4.1 По экспериментальным данным (таблица 6.2) определить резонансную частоту f0. Рассчитать значения входного сопротивления Zвх при изменении частоты. Построить кривые I(f), IL(f), IC(f), Zвх(f), jZВХ(f) и сравнить с теоретическими кривыми.

         6.4.2 По экспериментальным данным (таблица 6.3) определить резонансную частоту и сравнить  с расчётной. Построить графики зависимости I(f), I1(f), I2(f). Рассчитать значения входного сопротивления Zвх при изменении частоты. Построить кривую Zвх(f).

         6.4.3 Определить полосу пропускания и добротность параллельного контура. Определить эквивалентное сопротивление Rэкв параллельного контура при резонансе.

         6.4.4 Построить векторные диаграммы при резонансе для электрических цепей (рисунки 6.2,6.3), используя экспериментальные данные (таблицы 6.2,6.3).

6.4.5 Рассчитать также активные мощности, потребляемые контурами.

 

 

7 Лабораторная работа № 7. Исследование входных и передаточных частотных характеристик  электрических цепей

 

          7.1 Цель работы

Экспериментально исследовать входные и передаточные амплитудно-частотные (АЧХ) и фазо-частотные (ФЧХ) характеристики цепей с одним реактивным элементом.

 

7.2 Подготовка к работе

         7.2.1 Повторить раздел ТЭЦ “Частотные характеристики электрических цепей”.

         7.2.2 Что  называется входными АЧХ и ФЧХ электрической цепи?

7.2.3 Что  называется передаточными АЧХ и ФЧХ электрической цепи?

7.2.4 Какая частота называется граничной? Рассчитать граничные частоты RL и RC цепей согласно заданному варианту (таблица 7.1)

         7.2.5 Написать  расчётные формулы Zвх =F(f) и jZBX =F(f)  для RC  и RL цепей .

         7.2.6 Нарисовать графики входных АЧХ и ФЧХ для RC и RL цепей.

         7.2.7 Написать расчётные формулы комплексных передаточных функций по напряжению Нu(jw), jн(w) для RL и RC цепей.

         7.2.8 Нарисовать графики передаточных АЧХ и ФЧХ RL и RC цепей.

         7.2.9 Чему равны передаточные АЧХ и ФЧХ на граничной частоте?

7.3 Порядок выполнения работы

7.3.1 Собрать схему цепи R1C (рисунок 7.1) согласно варианту (таблица 7.1).

 

Рисунок 7.1

 

Таблица 7.1

Вариант

С, мкФ

R1, Ом

R3, кОм

L, мГн

1

0,3

100

2,0

45

2

0,4

80

2,5

80

3

0,5

120

3,0

50

4

0,2

100

1,5

30

5

0,1

150

3,5

25

 

7.3.2 Установить значение входного напряжения U1=2B. Изменяя частоту входного напряжения от 2 кГц до 20 кГц, измерить напряжения на резисторе R1. Показания вольтметра V2 и фазометра   занести в таблицу 7.2.

 

  Таблица 7.2

f, кГц

UR1,В

jZBX

I, мА

Zвх, Ом

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

        

7.3.3 Собрать схему (рисунок 7.2).

Рисунок 7.2

 

Напряжение на входе V1 установить U1=2B и поддерживать его неизменным. Изменяя частоту f входного напряжения от 2 кГц до 20 кГц, измерить напряжение на конденсаторе UC. Показания вольтметра V2 и фазометра j занести в таблицу 7.3

 

         Таблица 7.3

f, кГц

UС,В

jН

Нu

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По экспериментальным данным рассчитать модуль коэффициента передачи по напряжению Нu(f)=UC/U1.Результаты занести в таблицу 7.3.

 

7.3.4 Собрать схему R3L цепи (рисунок 7.3).

 

 

Рисунок 7.3

Устанавливая те же частоты входного напряжения и поддерживая U1=2B, измерить напряжения на катушке UL. Показания вольтметра V2 и фазометра j занести в таблицу 7.4.

Таблица 7.4

f, кГц

UL,мВ

jН

Нu

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.4 Обработка результатов экспериментов

 

7.4.1 По экспериментальным данным таблицы 7.2 рассчитать значение тока (I=UR1/R1) и модуль входного сопротивления (Zвх=U1/I).Результаты расчетов занести в таблицу (7.2). Построить графики входных АЧХ Zвх =F(f) и  ФЧХ jZBX =F(f) для R1C цепи и сравнить их с теоретическими. Из графиков определить граничную частоту для R1 C цепи.

7.4.2 По экспериментальным данным таблицы 7.3 рассчитать модуль коэффициента передачи по напряжению Нu(f)=UC/U1.Результаты занести в таблицу 7.3. Построить графики передаточных АЧХ Нuc (f) и  ФЧХ jн(f)  для R1C цепи и сравнить их с теоретическими. По графикам определить граничную частоту для R1C цепи.

7.4.3 По экспериментальным данным таблицы 7.4  рассчитать коэффициент передачи по напряжению Нu= UL/ U1  и результаты расчетов занести в таблицу(7.4). Построить графики передаточных АЧХ  НuL (f) и ФЧХ jн (f) для R3L цепи и сравнить их с теоретическими АЧХ и ФЧХ. По графикам определить граничную частоту.

 

7.5 Методические указания

 

7.5.1 Входная амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) цепи-это зависимость модуля входного сопротивления от частоты Z=f().Входная фазо-частотная характеристика (ФЧХ) цепи –это зависимость аргумента входного сопротивления от частоты =f().Граничной называется частота, при которой реактивное сопротивление равно резистивному сопротивлению,т.е. в RL-цепях R=грL, а в RC-цепях R= . Модуль входного сопротивления R 1C цепи определяется по формуле

 Zвх=,

а аргумент входного сопротивления определяется по формуле

.

Модуль входного сопротивления  для R3L цепи определяется по формуле

,

а аргумент входного сопротивления определяется по формуле

=arctg=arctg=arctg.

7.5.2 Комплексным коэффициентом передачи по напряжению Hu (j) называется отношение комплексного выходного напряжения  к

комплексному входному напряжению  , т.е.(j)=.

Для RС цепи комплексный коэффициент передачи определяется по формуле

Huc(j)=.

Модуль комплексного коэффициента передачи по напряжению для рассчитывается по формуле H()=, а аргумент jн ()=-arctg.

Для RL цепи комплексный коэффициент передачи определяется по формуле

HUL(j) =. Модуль комплексного коэффициента передачи по напряжению для RL цепи рассчитывается по формуле H()=, а аргумент jн ()=-. На граничной частоте Hгр=0,707, =.

 

8 Лабораторная работа № 8. Исследование входных и передаточных частотных характеристик электрических цепей с помощью компьютерного моделирования

 

8.1 Цель работы

Исследовать входные и передаточные характеристики цепей с одним реактивным элементом.

8.2 Подготовка к работе

8.2.1 Повторить раздел ТЭЦ “Частотные характеристики электрических цепей”.

         8.2.2 Что называется входными АЧХ и ФЧХ электрической цепи?

8.2.3 Что называется передаточными АЧХ и ФЧХ электрической цепи?

8.2.4 Какая частота называется граничной? Рассчитать граничные частоты R3L и R 1C цепей согласно заданному варианту (таблица 8.1)

         8.2.5 Написать расчётные формулы Zвх =F(f) и jZBX =F(f) для RC и RL цепей .

         8.2.6 Нарисовать графики входных АЧХ и ФЧХ для RC и RL цепей.

         8.2.7 Написать расчётные формулы комплексных передаточных функций по напряжению Нu(jw), jн(w) для RL и RC цепей.

         8.2.8 Нарисовать графики передаточных АЧХ и ФЧХ RL и RC цепей.

         8.2.9 Чему равны передаточные АЧХ и ФЧХ на граничной частоте?

 

Таблица 8.1

Вариант

С, мкФ

R1, Ом

R3, кОм

L, мГн

U,B

1

0,3

100

2,0

45

   2

2

0,4

80

2,5

80

   3

3

0,5

120

3,0

50

   4

4

0,2

100

1,5

30

   2

5

0,1

150

3,5

25

   3

 

 

 

 

 

 

 

8.3 Порядок выполнения работы

8.3.1 Собрать схему RL3 цепи (рисунок8.1). На схеме выставить

 значения L,R3,U1 согласно варианту (таблица 8.1). Изменяя частоту входного напряжения от 2кГц до 20кГц, измерить ток в цепи и напряжения на катушке.

8.3.2 Снять показания приборов и результаты занести в таблицу 8.2.

 

Таблица 8.2

f

I

UL

T2-T1

 

 

 

 

                                     Рисунок 8.1

 

8.3.3 По полученным данным рассчитать и построить АЧХ и ФЧХ для RL цепи. Результаты расчетов занести таблицу 8.3.

 

 

Таблица 8.3

f

Входная характеристика

Передаточная характеристика

 

 

ZВХ

φZвх

HUL

φHU

 

 

 

 

 

 

 

8.3.4 Собрать схему R1C цепи (рисунок 8.2) согласно варианту (таблица8.1).  

 

Рисунок 8.2

8.3.5 Снять показания приборов и занести в таблицу8.4

Таблица 8.4

f

I

UС

T2-T1

 

 

 

 

 

8.3.6 По полученным данным рассчитать и построить АЧХ и ФЧХ для RC цепи. Результаты расчетов занести в таблицу 8.5

Таблица 8.5

f

Входная характеристика

Передаточная характеристика

 

 

ZВХ

φZвх

HUc

φHU

 

 

 

 

 

 

 

8.4 Обработка результатов экспериментов

 8.4.1 По экспериментальным данным таблицы 8.2 рассчитать значения модуля Zвх=U1/I и аргумента φZвх входного сопротивления RL цепи. Результаты расчетов занести в таблицу 8.3. Построить графики входных АЧХ Zвх =F(f) и  ФЧХ jZBX =F(f) для RL цепи и сравнить их с теоретическими. Из графиков определить граничную частоту для RL цепи.

8.4.2 По экспериментальным данным таблицы 8.2 рассчитать значения передаточных АЧХ НuL= UL/ U1  и ФЧХ jн (f) =900- φZвх для RL цепи. Результаты занести в таблицу 8.3. Построить графики передаточных АЧХ НuL =F(f) и ФЧХ jн (f ) =F(f)  для RL цепи и сравнить их с теоретическими.

8.4.3 По экспериментальным данным таблицы 8.4 рассчитать значения модуля Zвх=U1/I и аргументаφZвх входного сопротивления RC цепи. Результаты расчетов занести в таблицу 8.4. Построить графики входных АЧХ Zвх =F(f) и ФЧХ jZBX =F(f)  для RС цепи и сравнить их с теоретическими. По графикам определить граничную частоту для RC цепи.

8.4.4 По экспериментальным данным таблицы 8.4 рассчитать значения передаточных АЧХ Нu(f)=UC/U1 и ФЧХ jн (f) =-900- φZв для RC цепи Результаты занести в таблицу 8.5.Построить графики передаточных АЧХ НuC= F(f) и ФЧХ jн (f ) для RC цепи и сравнить их с теоретическими.

 

8.5 Методические указания

 

8.5.1 Входная амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) цепи-это зависимость модуля входного сопротивления от частоты Z=f().Входная фазо-частотная характеристика (ФЧХ) цепи –это зависимость аргумента входного сопротивления от частоты =f().Граничной называется частота, при которой реактивное сопротивление равно резистивному сопротивлению,т.е. в RL-цепях R=грL, а в RC-цепях R= . Модуль входного сопротивления R 1C цепи определяется по формуле

 Zвх=,

а аргумент входного сопротивления определяется по формуле

.

Модуль входного сопротивления  для R3L цепи определяется по формуле

,

а аргумент входного сопротивления определяется по формуле

=arctg=arctg=arctg.

8.5.2 Комплексным коэффициентом передачи по напряжению Hu (j) называется отношение комплексного выходного напряжения  к

комплексному входному напряжению  , т.е.(j)=  .

Для RС цепи комплексный коэффициент передачи определяется по формуле

Huc(j)=.

Модуль комплексного коэффициента передачи по напряжению для рассчитывается по формуле H()=, а аргумент jн ()=-arctg.

Для RL цепи комплексный коэффициент передачи определяется по формуле

HUL(j) =. Модуль комплексного коэффициента передачи по напряжению для  RL цепи рассчитывается по формуле H()=, а

аргумент jн ()=-. На граничной частоте Hгр=0,707, =.

 

9 Лабораторная работа № 9. Исследование пассивных симметричных фильтров

 

         9.1 Цель работы

         Получение навыков экспериментального исследования простейших низкочастотных (ФНЧ) и высокочастотных (ФВЧ) фильтров.

 

         9.2 Подготовка к работе

         Повторить разделы курса ТЭЦ «Четырехполюсники» и «Фильтры».

         9.2.1 Какие типы фильтров вы знаете?

         9.2.2 Дайте понятия низкочастотного, высокочастотного, полосного и заграждающего фильтров.

         9.2.3 Дайте определение вторичных параметров фильтров. В каких единицах они измеряются?

         9.2.4 Что такое область пропускания и область затухания идеального фильтра?

         9.2.5 Что такое согласованный режим работы фильтра?

         9.2.6 Привести П-образную и Т-образную схемы ФНЧ?

         9.2.7 Привести П-образную и Т-образную схемы ФВЧ?

         9.2.8 Привести графики зави.симостей для a(w) и b(w) ФНЧ.

         9.2.9 Привести графики зависимостей для а(w) и b(w) ФВЧ.

         9.2.10 Привести расчётные формулы fср и r для ФНЧ.

         9.2.11 Привести расчётные формулы fср и r для ФВЧ.

9.2.12 Рассчитать fср. и r согласно варианту (таблица 9.1).Результаты занести в таблицу 9.2.

9.3 Порядок выполнения работы

         9.3.1 Собрать цепь (рисунок 9.1), включив в неё исследуемый фильтр согласно заданному варианту (рисунок 9.2). Величину сопротивления нагрузки Rн установить равной r.

Рисунок 9.1

 

                                     Риунок 9.2

 

9.3.2 Установить значения U1, L и C согласно варианту (таблица 9.1).

 

Таблица 9.1

№ варианта

Тип

Фильтра

Схема фильтра

U1(В)

L(мГн)

С(мкФ)

1

ФНЧ

Т-схема

2

100

0,5

2

ФВЧ

Т-схема

3

70

0,5

3

ФНЧ

П-схема

3

20

0,5

4

ФВЧ

П-схема

2

15

0,5

5

ФНЧ

Т-схема

4

40

0,25

 

 

Таблица 9.2

 U1 =                               fср. =                  Rн=r=                       L=                 C=

f, Гц

U2,B

A(B)

X0(Y0)

а, Нп

b, град

f1

 

 

 

 

 

f2

 

 

 

 

 

f3

 

 

 

 

 

Продолжение таблицы 9.2

f4

 

 

 

 

 

f5

 

 

 

 

 

f6

 

 

 

 

 

f7

 

 

 

 

 

f8

 

 

 

 

 

f9

 

 

 

 

 

f10

 

 

 

 

 

 

         9.3.3 Изменяя частоту звукового генератора, измерить напряжение U2 на выходе фильтра. Для ФНЧ изменить частоту в пределах от f=0,1fср. до f=2fср.

Для ФВЧ изменить частоту в пределах от f=2fср. до f=0,1fср. В зоне пропускания снять 5-6 точек, в зоне затухания – 5-6 точек. Напряжение на входе фильтра U1 поддерживать постоянным. Результаты измерений занести в таблицу 9.2.

9.3.4 Собрать схему для измерения коэффициента фазы b(f). Для этого сигнал с входа подать на вертикальные пластины осциллографа, а выходной сигнал – на горизонтальные пластины, синхронизация “внешняя”. При этом на экране осциллографа появится эллипс, форма которого зависит от частоты f звукового генератора.

9.3.5 Измерить параметры эллипса (А и Х0) или (В и Y0) при тех же частотах, что и в пункте 9.3.3.

 

9.4 Обработка результатов экспериментов

 

9.4.1 Рассчитать коэффициент затухания а(f) и коэффициент фазы b(f). Построить экспериментальные графики а(f)  и b(f) по данным таблицы 9.2.

9.4.2 Построить теоретические графики  а(f)  и b(f) (таблицы 9.3 или 9.4).

9.4.3 Сделать выводы о проделанной работе: сравнить теоретические графики  а(f)  и b(f) с экспериментальными и объяснить их различие, проанализировать зависимость а(f)  и b(f) в полосе пропускания и в полосе задерживания.

 

Таблица 9.3

ФНЧ

f/f0

0,2

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2

 

а,Нп

0

0

0

0

0

0

0

0

0,90

1,26

 

+в, град

23

47

60

74

90

106

130

180

180

180

ФНЧ

f/f0

1,3

1,5

1,6

2,0

3,0

4,0

 

 

 

 

 

а,Нп

1,52

1,94

2,30

2,74

3,60

4,16

 

 

 

 

 

+в, град

180

180

180

180

180

180

 

 

 

 

 

Таблица 9.4

ФВЧ

f/f0

0,25

0,5

0,67

0,83

0,9

1

1,25

1,43

1,67

2

2,5

5

 

а,Нп

 

4,1

2,74

1,94

1,26

0,9

0

0

0

0

0

0

0

-в, град

180

180

180

180

180

180

106

90

74

60

47

23

 

9.5 Методические указания

9.5.1 При согласовании фильтра с нагрузкой напряжения входа U1 и выхода U2 связаны соотношением

,

откуда коэффициент затухания , а коэффициент фазы b=y1-y2,

где y1 и y2 – начальные фазы соответственно входного и выходного напряжений.

При снятии характеристики a(f) напряжение на входе фильтра можно поддерживать одинаковым  с помощью ручки «регулирование выходного напряжения» звукового генератора.

9.5.2 Для снятия характеристики b(f) используется осциллограф. После включения питания осциллографа и регулировки яркости и фокуса, светящаяся точка устанавливается точно в центре экрана ручками горизонтального и вертикального перемещения луча. Для получения одинакового усиления по вертикали и по горизонтали одно и то же напряжение от звукового генератора, например, 1В подаётся по очереди на отклоняющие по вертикали и отклоняющие по горизонтали пластины осциллографа и соответствующими ручками “усиление” по вертикали, а затем по горизонтали устанавливается одинаковая длина светящейся линии на экране.После такой регулировки, для определения коэффициента фазы выходное напряжение u2=U2msinwt подаётся к отклоняющим по горизонтали пластинам, а входное u1=U1msin(wt+y1) – к отклоняющим по вертикали. На экране осциллографа будет виден эллипс (рисунок 9.3) или в частном случае – прямая.

 9.5.3 Угол y1 определяется из выражения

Если большая ось эллипса расположена в 1-ой и 3-ей четвертях, то

.

Если большая ось эллипса расположена в 2-ой и 4-ой четвертях, то .

Знак коэффициента фазы b определяется по векторной диаграмме, построенной для фильтра при согласованной нагрузке.

 

Рисунок 9.3

 

10 Лабораторная работа №10. Исследование пассивных фильтров типа «К» с помощью компьютерного моделирования

 

10.Цель работы

Исследовать частотные характеристики коэффициента затухания (а) и коэффициента фазы (в) для простейших низкочастотных (ФНЧ) и высокочастотных (ФВЧ) фильтров.

10.2 Подготовка к работе

Повторить разделы Четырехполюсники и электрические фильтры.

10.2.2 Выбрать согласно варианту схему и параметры фильтра (таблицы 10.1, 10.2).

 10.2.1 Какие типы фильтров вы знаете?

 10.2.2 Дайте понятия низкочастотного, высокочастотного, полосного и заграждающего фильтров.

10.2.3 Дайте определение вторичных параметров фильтров. В каких единицах они измеряются?

10.2.4 Что такое область пропускания и область затухания идеального фильтра?

10.2.5 Что такое согласованный режим работы фильтра?

10.2.6 Привести П-образную и Т-образную схемы ФНЧ?

10.2.7 Привести П-образную и Т-образную схемы ФВЧ?

10.2.8 Привести графики зависимостей для a(w) и b(w) ФНЧ.

10.2.9 Привести графики зависимостей для а(w) и b(w) ФВЧ.

10.2.10 Привести расчётные формулы fср и r для ФНЧ.

10.2.11 Привести расчётные формулы fср и r для ФВЧ.

102.12 Рассчитать fср. и r согласно варианту (таблица 10.1).Результаты занести втаблицу(10.2).

 

10.3 Порядок выполнения работы

 

10.3.1 Собрать цепь (рисунок 10.1), включив в неё исследуемый фильтр согласно заданному варианту (таблица10.1).

 

Таблица 10.1

№ варианта

Тип

Фильтра

Схема фильтра

U1(В)

L(мГн)

С(мкФ)

1

ФНЧ

Т-схема

2

100

0,5

2

ФВЧ

Т-схема

3

70

0,5

3

ФНЧ

П-схема

3

20

0,5

4

ФВЧ

П-схема

2

15

0,5

5

ФНЧ

Т-схема

4

40

0,25

 

10.3.2 Установить значения U1, L и C, Rн =r согласно варианту (таблица 10.1).

 Фильтры низкочастотные

 

П-образный фильтр

Т-образный фильтр

Фильтры высокочастотные

П-образный  фильтр

 

 

             Т-образный фильтр

                                            Рисунок 10.1

10.3.3 Изменяя частоту генератора f=0,1fср до f=2fср измерить напряжения U2 на выходе фильтра. В зоне пропускания и затухания  снять по 5-6 значений. Напряжение на входе фильтра U1 поддерживать постоянным. Результаты измерений занести в таблицу 10.2.

 Таблица 10.2

    

, Гц

, Нп

1

.

.

.

 

 

 

 

     

10.4 Обработка результатов экспериментов

10.4.1 Рассчитать коэффициент затухания а(f) и коэффициент фазы b(f),

10.42 Построить экспериментальные графики а(f)  и b(f) по данным таблицы 10.2.

10.4.3Построить теоретические графики  а(f)  и b(f) (таблицы 10.3 или 10.4).

10.4.4 Сделать выводы о проделанной работе: сравнить теоретические графики  а(f)  и b(f) с экспериментальными и объяснить их различие, проанализировать зависимость а(f)  и b(f) в полосе пропускания и в полосе задерживания.

Таблица 10.3

ФНЧ

f/f0

0,2

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2

 

а,Нп

0

0

0

0

0

0

0

0

0,90

1,26

 

+в, град

23

47

60

74

90

106

130

180

180

180

Продолжение таблицы 9.3

ФНЧ

f/f0

1,3

1,5

1,6

2,0

3,0

4,0

 

 

 

 

 

а,Нп

1,52

1,94

2,30

2,74

3,60

4,16

 

 

 

 

 

+в, град

180

180

180

180

180

180

 

 

 

 

 

Таблица 9.4

ФВЧ

f/f0

0,25

0,5

0,67

0,83

0,9

1

1,25

1,43

1,67

2

2,5

5

 

а,Нп

 

4,1

2,74

1,94

1,26

0,9

0

0

0

0

0

0

0

-в, град

180

180

180

180

180

180

106

90

74

60

47

23

 

10.5 Методические указания

10.5.1 При согласовании фильтра с нагрузкой напряжения входа U1 и выхода U2 связаны соотношением

Коэффициент затухания  определяется по формуле , а коэффициент фазы b=y1-y2, где y1 и y2 – начальные фазы соответственно входного и выходного напряжений.

10.5.2 Частота среза для ФНЧ определяется по формуле , а для ФВЧ - .  Сопротивление нагрузки  рассчитывается по формуле .

10.5.3 Коэффициент  фазы определяется по разности  осциллограмм .

 

        11 Порядок выполнения и оформления лабораторных работ по дисциплине «Теория электрических цепей 1»

11.1 Предварительная подготовка и допуск к работе

11.1.1 Прежде, чем приступить к очередным занятиям, студент должен ознакомиться с содержанием лабораторной работы, изучить теоретический материал по соответствующей теме.

11.1.2 Результаты подготовки должны быть отражены в отчёте выполняемой работы, который должен содержать:

а) рабочие схемы;

б) письменные ответы на вопросы по части Подготовка к работе;

в) таблицы для записи результатов измерений.

10.1.3 В начале занятия студент должен:

а) защитить полностью оформленную предыдущую работу;

б) получить допуск к работе, имея индивидуальный отчёт.

Во время занятия студент должен выполнить работу (собрать схемы, проделать необходимые измерения и записать результаты в заранее  подготовленные таблицы).

         11.1.4 Готовность студентов к выполнению работы проверяет преподаватель, задавая контрольные вопросы по теории, порядку выполнения данной работы, действию схем, применяемым формулам и ожидаемым результатам. Вопросы могут быть заданы в устной и письменной форме.

11.1.5 Студенты, не выполнившие требования третьего пункта, а также те студенты, теоретическая подготовка которых признана неудовлетворительной, к работе не допускаются.

         11.1.6 Студенты, не допущенные к работе, должны использовать оставшееся время для изучения теории, а также для оформления и защиты сделанных ранее работ.

         11.1.7 Работы, не выполненные в срок, студенты проделывают в отведенное для отработки время. Для этого студент должен предварительно записаться у преподавателя. Допуск к работе студент получает на общих основаниях.

         11.2 Работа в лаборатории

         11.2.1 Для работы в лаборатории преподаватель разбивает группу на бригады (2-3 студента) или поручает студенту работать индивидуально. Члены бригады проделывают экспериментальную часть работы вместе, но каждый оформляет свой отчёт и отчитывается о проделанной работе самостоятельно.

         11.2.2 Каждая бригада работает на отдельном рабочем месте, где размещено все необходимое для работы оборудование.

         11.2.3 До начала работы студенты производят наружный осмотр используемой аппаратуры и оборудования. О замеченных дефектах следует немедленно сообщить преподавателю.

         11.2.4 За ущерб, причинённый лаборатории вследствие несоблюдения правил проведения работ или техники безопасности, а также неправильного обращения с аппаратурой, члены бригады несут ответственность.

         11.2.5 Схему для проведения работ студенты собирают самостоятельно. Измерительные приборы, вспомогательные и регулирующие устройства следует располагать так, чтобы схема получилась простой, наглядной, легко доступной в каждой точке.

         11.2.6 В начале эксперимента реостаты и другие регулируемые устройства должны быть отрегулированы так, чтобы в цепи были минимальные значения токов и напряжений, измерительные приборы должны быть переключены на максимальный диапазон. После приблизительного определения измеряемой величины следует  переключить прибор на удобный для измерения диапазон.

         11.2.7 Схема обязательно проверяется преподавателем, и только  с его разрешения цепь может быть включена  под напряжение. Схема должна находиться под напряжением только во время наблюдений за её работой и при снятии экспериментальных данных. По окончании эксперимента напряжение должно быть немедленно отключено.

         11.2.8 Необходимые показания измерительных приборов заносятся  в таблицы, подготовленного дома отчёта. По окончании измерений, результаты следует показать преподавателю, который даёт разрешение на разбор схемы. До получения разрешения, схему разбирать запрещено, чтобы в случае необходимости была возможность проделать дополнительные или повторные измерения.

 

         11.3 Оформление протокола и защита лабораторных работ

         11.3.1 Студент должен представить полностью оформленный к защите отчёт каждой проделанной работы.

         11.3.2 Оформленный отчёт предыдущей работы должен быть представлен в начале следующего занятия и защищён во время занятия.

11.3.3 Отчёт должен содержать титульный лист и следующие разделы:

         - цель работы;

         - основные теоретические положения и ответы на вопросы подготовки;

         - краткие сведения об эксперименте;

         - схемы исследуемых цепей;

         - перечень приборов и элементов;

         -расчётные формулы, вычисления, предполагаемые графики исследуемых электрических величин и режимов цепи;

         -результаты исследования (таблицы, графики, числовые значения параметров и электрических величин);

         - выводы по работе.

Отчёты оформляются на листах белой или линованной бумаги формата А4, которые заполняются с одной стороны. В тексте, написанном чётко и аккуратно пастой одного цвета, допускается применение только общепринятых обозначений или сокращений, расшифрованных при первом упоминании.

         Предлагается примерная форма титульного листа (приложение А).

 

Приложение А

 

 

АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

 

КАФЕДРА ТОЭ

 

 

 

 

ОТЧЁТ по  лабораторной работе №

 

(наименование дисциплины и лабораторной  работы)

 

 

 

 

 

                                                    Работа выполнена_________________________

                                                                                         (дата выполнения)

                     

                                        Студент________________________________

                                                                            (фамилия и инициалы)

                           

                                                   Группа___________________________________

                                                                                   (шифр группы)

 

 

                                                  Совместно со студентами___________________

 

 

                                                  Отчёт принят_____________________________

                                                                                    (дата принятия отчёта)

 

 

 

 

 

 

Алматы 200…

 

 Список литературы

         1. Бакалов В.П., Дмитриков В.Ф., Крук Б.И. Основы теории цепей.- М.: Радио и связь, 2000.-592с.

         2. Зевеке Г.В., Ионкин П.А., Нетушил А.В., Страхов С.В. Основы теории цепей.-  М.: Энергоатомиздат, 1989.–528с.

         3. Демирчян К.С., Нейман Л.Р., Коровкин Н.В., Чечурин В.Л.

Теоретические основы электротехники. – т.1. – Санкт-Петербург: Питер, 2003.-463с.

         4. Демирчян  К.С., Нейман Л.Р., Коровкин  Н.В., Чечурин В.Л. Теоретические основы электротехники. – т.2. – Санкт- Петербург: Питер, 2003.-576с.

         5. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. – М.: Гардарики, 1999. – 638с.

         6. Шебес М.Р., Каблукова М.В. Задачник по теории линейных электрических цепей. - М.: Высш. шк., 1990.- 544с.

         7. Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IВМ РС. Программа Electronics Workbench и её применение.-М.: Солон-Р, 1999.-506с.

         8. Жолдыбаева З.И., Зуслина Е.Х., Коровченко Т.И. Теория электрических цепей 2. Конспект лекций. – Алматы: АИЭС, 2006.- 52с.

 

Содержание

1 Лабораторная работа № 1. Исследование линейной электрической цепи постоянного тока …………………………………………………..............3

2 Лабораторная работа № 2. Исследование линейной разветвленной электрической цепи постоянного тока…………………………………… 5.

3 Лабораторная работа № 3.Исследование неразветвленной электрической цепи однофазного синусоидального тока………………….......................   7

4 Лабораторная работа № 4.Исследование разветвленной электрической цепи однофазного синусоидального тока…………………………….....................12

5 Лабораторная работа № 5. Резонанс напряжений…………………............19

6 Лабораторная работа № 6.Резонанс токов …………………………............21

7 Лабораторная работа № 7 Исследование входных и передаточных частотных характеристик электрической цепи………………………. ...............................24

8 Лабораторная работа №8 Исследование входных и передаточных частотных характеристик электрической цепи с помощью компьютерного моделирования…………………………………………………………………...27

9 Лабораторная работа №9 Исследование пассивных симметричных фильтров………………………………………………………………………….31

10 Лабораторная работа №10 Исследование пассивных фильтров типа «К» с помощью компьютерного моделирования…………………………….35 11Порядок выполнения и оформления лабораторных работ по дисциплине «Теория электрических цепей 1»…………………….........................................39

 

Сводный план 2007г., поз. 72