В разветвленной резистивной цепи

2.1 Подключить вольтметр V2 и осциллограф к клеммам источника Е1 (рисунок 10). Регулятор «E - var» повернуть до отказа по часовой стрелке. Регуляторы на ЭК (экран коммутатора осциллографа) установить в положение: тумблер «каналы» - 2 канал (правое); тумблер «вход Х» - «внутр»; тумблер «ослабление 2 канала» - 1: 10; плавный регулятор усиления 2 канала – в среднее положение; регуляторы «расхождение», «↔ », «↕ », в такие положения, при которых на экране видна синусоидальная кривая. Регулятор «усиление» канала 2 в положение, при котором кривая находится в пределах сетки. Регулятором «развертка» («вход Х») получить два периода синусоиды. Регулятором «↔ » установить максимум синусоиды на средней вертикальной линии сетки (рисунок 11а). После произведенных установок изменять положение регуляторов осциллографа и генератора не следует. Отметить значение ЭДС Е1 (вольтметр V2) в таблице 2.

2.2 Собрать цепь по схеме рисунка 12. Значение сопротивления R_m задается преподавателем. При сборке схемы иметь в виду, что после соединения блока ГЗ с панелью активных элементов точка «А» окажется на верхних гнездах «от генератора» (или на потенциальном гнезде блока ГЗ); точка «В» - на правом, а точка «О» - на левом гнезде источника Е1 (рисунок 8). Внутреннее сопротивление R_i находится внутри источника Е1 и из внешних элементов не набирается. Переключатель режимов источника тока I_k находится в положении «независимый», при этом ток источника не будет зависеть от положения регулятора «E-var». Следует обратить внимание, что левые гнезда источника Е1 внутри стенда соединены с общей корпусной точкой «┴ », а у источника тока ни один из выводов внутри стенда с корпусом не соединен.

Положительный вывод источника тока (то есть точка, к которой обращена стрелка источника) соответствует точке С, а отрицательная – точке N (рисунок 12).

Резисторы R_A, R_B, R_D, R_F, R_m, R_ш, R_ш6 находятся на панели пассивных элементов (правая горизонтальная панель). Сборку схемы рекомендуется производить в такой последовательности: сначала собрать контур A – B – D – F – G – N – M – O, а затем подключить ветвь F - S - M. Резистор R_ш6 закоротить внешним проводником. При подключении резисторов следует также придерживаться условного правила: точка резистора, которая на схеме обозначена с правой стороны (сверху) соответствует правому (верхнему) гнезду соответствующего элемента на панели стенда. Источники следует подключать в соответствии с направлениями их действия.

2.3 С помощью вольтметра V2 и осциллографа измерить потенциалы точек: A, B, F, G, N, S. Так как корпусная точка прибора соединена внутри стенда с корпусной точкой источника напряжения, то есть точкой «О», то принимаем ее потенциал за опорный (равный нулю). Так как цепь состоит из резистивных элементов, то кривая на экране осциллографа может иметь на средней вертикальной оси либо максимум (рисунок 11а), либо минимум (рисунок 11б) и не может иметь промежуточных значений. В первом случае потенциал является положительным и записывается со знаком «плюс», во втором случае отрицательным (знак «минус»). Результаты занести в таблицу 2.

2.4 Исследовать, как влияет изменение величин сопротивлений в ветвях цепи на ток во второй верви I₂. Для этого входные проводники от второго канала осциллографа и вольтметра V2 подключить к точке «S». При этом будет изменяться падение напряжения на резисторе R_A, которое пропорционально току во второй ветви. Данные последующих измерений занести в таблицу 3. Внешним проводником закоротить сопротивление R_B. Падение напряжения и, следовательно, ток во второй ветви при этом изменяются. Снять перемычку с резистора R_B и закоротить резистор R_m. Убедиться, что ток во второй ветви изменился. Снять перемычку с резистора R_m и внешним проводником закоротить резистор R_D. В этом случае ток во второй ветви остается без изменения по отношению к первому измерению, так как не изменился ток во второй ветви, определяемый источником тока и не зависящий от сопротивления этой ветви R_D. Но поскольку ток третьей ветви остается без изменений, то не изменяются токи в первой и во второй ветвях.

2.5 Исследовать ток в третьей ветви. Вольтметр V2 отключить от точки «S» и подключить к точке «N». Вход второго канала осциллографа оставить подключенным к точке «S». При этом размер изображения на экране осциллографа будет пропорционален напряжению на участке «SM» и, следовательно, току во второй ветви. Закорачивая поочередно резисторы R_B и R_m, убедиться, что ток в третьей ветви остается неизменным, но токи в первых двух ветвях изменяются, что и наблюдается на осциллографе. Снять перемычки с резисторов R_B и R_m, закоротить сопротивление R_D. Убедиться, что токи во всех ветвях остаются без изменения.

2.6 Исследовать ток в первой цепи. Для этого снять перемычку с резистора R_ш6, закоротить резистор R_ш3. Общее сопротивление первой ветви и ток в ней останутся неизменными, но становится возможным измерить падение напряжения на участке «ОМ» и, следовательно, ток в первой ветви. Отключить входной зажим вольтметра V2 от точки «N» и подключить к точек «М». Поочередно закорачивать резисторы R_B, R_m и R_D. Убедиться, что изменение сопротивлений R_B и R_m влияет на ток первой ветви, а изменение сопротивления R_D – не влияет. Результаты измерений занести в таблицу 3.

 

Исследование разветвленной цепи методом наложения

3.1 Восстановить цепь согласно схеме рисунка 12. Для исследования вклада каждого источника в токораспределение цепи отключить источник тока I_k, для этого тумблер П1 перевести в позицию «откл.». Провести измерения потенциалов точек аналогично п.2.3. Заполнить таблицу 2.

3.2 С помощью регулятора «E - var» уменьшить ЭДС источника Е1 до нуля (внутреннее сопротивление R_i остается неизменным). Подключать источник тока, для этого тумблер П1 перевести в положение «независим». Измерить потенциал точек. Заполнить таблицу 2.

 

 

Таблица 1

Первый источник	Второй источник
Измерено при эксперименте	Рассчитано по экспериментальным данным	Измерено при эксперименте	Рассчитано по экспериментальным данным
RM, OM	U2, B	I, мА	RM, OM	U2, B	I, мА

 

 

Таблица 2

При Е=; RA = RШ 3 = 100 Ом, RB = 500 Oм, RD = 1 кOм, RF = 3 кOм RM =.
Подключены	φ А, В	φ В, В	φ D, В	φ F, В	φ G, В	φ M, В	φ N, В	φ S, В
E1, IK
E1, IK = 0
E1 = 0, IK

 

Таблица 3

RA = RШ 3 = 100 Ом; RB = 500 Oм; RD = 1 кOм; RF = 3 кOм; φ 0 = 0
U, B	сопротивления	U, B	I1, мА	I2, мА	I3, мА
US0	(RM, RB, RD) ¹ 0
RB = 0
RM = 0
RD = 0
UN0	(RM, RB, RD) ¹ 0
RB = 0
RM = 0
RD = 0
UM0	(RM, RB, RD) ¹ 0
RB = 0
RM = 0
RD = 0

Таблица 4

Получено при эксперименте	рассчитано
	E, IК	E = 0, IК	E, IК = 0	IК, Е метод налож.	E, IК
UAB, B
UBD, B
UDF, B
UFS, B
USM, B
UMA, B
UMN, B
UNG, B
UGF, B
I1, мА
I2, мА
I3, мА
PE, Вт
РJК, Вт
РЕ, JК, Вт
РR, Вт
d, %

 

Рисунок 8

 

 

 

 

Рисунок 10

 

а) б)

 

 

Рисунок 11

 

Рисунок 12

 

Содержание отчета и его форма

1. Название и цель работы.

2. Исследуемые схемы и таблицы результатов в порядке выполнения работы.

3. Обработка результатов измерений.

ЗАДАНИЕ 1

1.1. По экспериментальным данным (п.п.1.3 − 1.4) рассчитать ток в цепи

1.2. Построить нагрузочные характеристики для каждого из источников.

1.3. Найти параметры элементов последовательной (E, R_i) и параллельной (J, G) схем замещения исследованных источников. Внутреннее сопротивление источника (источник энергии J_k) принять равным 30 кОм.

1.4. Рассчитать по экспериментальным данным мощность, рассеиваемую во внешней нагрузке R_н, мощность источника Рист, мощность, рассеиваемую на внутреннем сопротивлении R_i, КПД (h) при различных внешних нагрузках R_м.

1.5. Построить графики зависимости P_H (R_M); P_ист (R_M); η (R_M) исследуемых источников.

1.6. Рассчитать максимальную мощность, которая может рассеиваться во внешней нагрузке, подключенной к источнику энергии Е1.

ЗАДАНИЕ 2

2.1. Определить значение потенциалов всех точек и падений напряжений на всех элементах цепи (рисунок 12). Результаты расчетов занести в таблицу 4.

2.2. По экспериментальным данным рассчитать значения токов во всех ветвях при различных сопротивлениях ветвей. Результаты расчетов занести в таблицы 3 и 4.

2.3. Проверить выполнение первого закона Кирхгофа в узлах и второго – в контурах цепи (рисунок 12).

2.4. На основании полученных экспериментальных данных сделать выводы о зависимости токов в ветвях с источниками напряжений и источниками токов от сопротивлений ветвей.

2.5. Рассчитать и сравнить мощность, отдаваемую источниками, с активной мощностью, рассеиваемой в резисторах. Рассчитать погрешность δ:

УКАЗАНИЕ. Мощность, отдаваемая источником напряжения Р_Е, определяется из выражения P_E = E·I, где Е – ЭДС, I – ток, текущий через источник напряжения. Если направление ЭДС и тока совпадают, то мощность положительна, если не совпадают – отрицательна. Мощность источника тока P_I определяется из выражения:

где U_I – напряжение на зажимах источника тока; I_k – ток источника тока, причем, если стрелка источника тока обращена к точке с большим потенциалом («плюсу» падения напряжения), то мощность источника положительна, а если к «минусу» − отрицательна. Мощность, рассеиваемая в резисторе R, определяется из выражения

где I – ток, протекающий через резистор с сопротивлением R.

2.6. Рассчитать любым методом токи I₁, I₂, I₃ в цепи рисунка 5. Значения внутреннего сопротивления источника напряжения R_i берут по результатам измерений в задании 1.

2.7. Рассчитать напряжение на участках AB, BM, BS, AS, AM, SM цепи рисунка 2. Результаты расчетов занести в таблицу 4, столбец «расcчитано».

2.8. Проверить выполнение баланса мощностей в цепи.

ЗАДАНИЕ 3

3.1. По экспериментальным данным рассчитать падение напряжения на всех элементах цепи и тока во всех ветвях для 2 – х режимов работы:

(I_k = O; E), (I_k; E = O). Результаты расчетов занести в таблицу 4.

3.2. Рассчитать по данным п. 3.1. методом наложения токи и напряжения в схеме рисунка 12. Сравнить результаты с величинами, полученными в задании 2 (таблица 4).

4. Выводы.

Отчет должен иметь титульный лист с указанием Ф.И.О. студента, номера группы и даты выполнения работы.

Контрольные вопросы и защита работы

1. Дайте определение независимым идеальным источникам напряжения и тока.

2. Каким образом экспериментально находятся ЭДС и внутреннее сопротивление источников?

3. Какие схемы замещения источников вы знаете?

4. Каковы достоинства электронных вольтметров по сравнению с приборами, не содержащими усилителей?

5. Почему при измерении напряжений (токов) желательно, чтобы стрелка измерительного прибора находилась в первой половине шкалы?

6. Каким образом измеряются токи с помощью электронных вольтметров? Как выбрать сопротивления измерительных резисторов?

7. Для цепи рисунка 9 рассчитать и построить кривую мощности, рассеиваемой во внешней нагрузке при изменении ее сопротивления от нуля до бесконечности.

8. Рассчитайте мощность источника, рассеиваемую на внутреннем сопротивлении R_i (рисунок 9) при изменении R_M от 0 до ¥.

9. Какая наибольшая мощность может рассеяться во внешней нагрузке, подключенной к источнику с параметрами Е = 10 В; R_i = 5 Ом? Какое сопротивление должна иметь внешняя нагрузка R_H, чтобы в ней выделялась мощность 4 Вт?

10. Рассчитайте КПД цепи рисунка 9 и постройте кривую h = f (R_M).

11. Сформулируйте первый и второй законы Кирхгофа для мгновенных значений токов и напряжений.

12. В каких случаях уравнения по законам Кирхгофа могут быть написаны в комплексном виде?

13. Может ли на зажимах участка цепи (рисунок 13) напряжение равняться нулю? Если может, то при каких условиях?

14. Какие особенности существуют при составлении уравнений Кирхгофа при наличии в цепи источников тока?

15. Каким образом рассчитывают активную мощность, отдаваемую:

а) источниками напряжения; б) источниками тока?

16. Как изменяется ток в ветвях цепи рисунка 14, если сопротивление резистора R₃: а) уменьшить в два раза; б) увеличить в два раза?

17. Рассчитайте действующее значение напряжения между точками М и S в цепи рисунка 14.

18. Замените в цепи рисунка 14 источник напряжения эквивалентным источником тока. Определите точки I₁, I₂, I₃ для эквивалентной цепи, сравните с точками I₁ и I₂, полученными для цепи рисунка 14 до замены.

19. При каком значении Е в цепи рисунка 14 ток I₁ = 0?

20. Могут ли в цепи рисунка 14 токи I₂ и I₃ быть равными нулю?

21. В чем сущность метода наложения и какие ограничения он имеет?

22. Можно ли рассчитать мощность методом наложения? Если нельзя, то почему?

Защита лабораторной работы производится при наличии отчета в виде устного опроса. Подготовка к защите осуществляется по настоящим методическим указаниям.

 

 

Рисунок 13

 

 

 

 

Рисунок 14

 

Лабораторная работа №2

«Мгновенные напряжения и токи в цепях R, L и С

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. Rк- определяет максимальный ток коллектора транзистора, создает нагрузку коллекторной цепи и своей величиной влияет на коэффициент усиления каскада.
2. В процессе измерения не следует прикасаться к соединительным проводам, клеммам и элементам испытуемой цепи для исключения протекания тока через тело работающего с прибором.
3. В то же время, при освещении и нагревании пластины из германия или кремния, сила тока в цепи возрастает (т.е. сопротивление уменьшается).
4. Выявление условий возникновения и исследование резонанса напряжений в цепи синусоидального тока при последовательном соединении катушки индуктивности и батареи конденсаторов.
5. Выявление условий возникновения и исследование резонанса токов в цепи синусоидального тока при параллельном соединении катушки индуктивности и батареи конденсаторов.
6. Закон Ома для неоднородного участка цепи
7. Законы Кирхгофа для электрической цепи
8. Изменение напряжения в цепи якоря.
9. Измерение действующего значения и начальной фазы токов во всех ветвях и падений напряжений на всех элементах R, L и С – цепи
10. ИССЛЕДОВАНИЕ НЕРАЗВЕТВЛЕННОЙ ОДНОФАЗНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ С ИСТОЧНИКОМ СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА
11. ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗВЕТВЛЕННОЙ ОДНОФАЗНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ С ИСТОЧНИКОМ СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА