ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В ЦЕПЯХ ПЕРВОГО ПОРЯДКА

Цель работы

1.1 Экспериментальное исследование переходных процессов в линейных цепях RL и RC. Определение влияния отдельных параметров на переходной процесс.

2 Домашнее задание

2.1 Изучить по [9.1], [9.2], [9.3] тему «Переходные процессы в электрических цепях постоянного тока».

2.2 Подготовить ответы на вопросы самопроверки.

2.3 Подготовить бланк отчета (см. раздел 6).

2.4 Рассчитать закон изменения тока и напряжения на конденсаторе при включении цепи RC на постоянное напряжение (рисунок 9.1).

Значения ЭДС (Е) равны номеру записи учащегося в учебном журнале, (В).

Рисунок 9.1 – Линейная электрическая RC цепь

2.5 По результатам расчета построить график изменения напряжения U_с = f(t), где t = 0; τ; 2τ; 3τ; 4τ; 4, 6τ .

Вопросы для самопроверки

3.1 Что называется установившимся режимом?

3.2 Что называется переходным процессом?

3.3 Укажите причины возникновения переходных процессов.

3.4 Что понимают под коммутацией?

3.5 Сформулируйте законы коммутации.

3.6 Укажите физическую сущность законов коммутации.

3.7 Чему равна постоянная времени для цепи RC и RL?

3.8 Поясните физический смысл постоянной времени при заряде и разряде конденсатора.

3.9 Что понимают под длительностью переходного процесса?

3.10 Отчего зависит скорость переходного процесса в цепи RL и RC?

3.11 Конденсатор заряжается от источника электрической энергии за время 0, 5 с. Изменится ли постоянная времени τ и время переходного процесса при заряде конденсатора от источника с большим напряжением?

3.12 Что понимают под принужденными и свободными составляющими токов и напряжений?

3.13 Запишите характеристическое уравнение и поясните как его получить.

3.14 Поясните зависимость переходного процесса от корней характеристического уравнения.

3.15 Укажите порядок расчета переходных процессов.

Аппаратное и программное обеспечение

4.1 Рабочая станция локальной сети (персональный компьютер).

4.2 Графический манипулятор мышь.

4.3 Программа Electronics Workbench 5.0.

Порядок выполнения работы

5.1 Проверка подготовки учащихся к лабораторной работе по вопросам самопроверки.

5.2 Получить инструктаж по технике безопасности.

ВНИМАНИЕ! Аккуратно обращайтесь с персональным компьютером и его периферийными устройствами. Соблюдайте требования эргономики. Проверьте наличие заземления устройств.

5.3 Запустить программу Electronics Workbench 5.0.

5.4 Собрать схему проведения исследований (рисунок 9.2). Соединить выход генератора с резистором. Для их соединения необходимо нажать левую клавишу манипулятора мышь в точке соединения в момент появления стрелки. Удерживая клавишу, перемещать манипулятор мышь по коврику. Отпустить клавишу необходимо в момент появления другой точки в нужном месте соединения. Появляющаяся линия – подтверждение правильности соединения. Аналогично включить остальные элементы схемы.

5.4.1 Для одновременного наблюдения импульсов на входе и выходе цепи, соединить выход генератора с первым каналом осциллографа и эту линию соединения (на рисунке 9.2 – линия (1) ) выделить другим цветом. Для этого два раза щелкнуть левой клавишей манипулятора мышь на линию и в раскрывшемся окне выбрать другой цвет, нажать «OK» окно закроется, цвет линии поменяется.

5.4.2 Установить сопротивление резистора R = 1280 Ом, С₁ = 29 нФ. Для этого два раза щелкнуть левой клавишей манипулятора мышь на изображение элемента и поменять его значение в раскрывшемся окне, с помощью манипулятора мышь нажать “OK”, окно закроется, значение элемента изменится.

В данной схеме используются:

G – генератор сигнала – (генерирует сигналы различной частоты и длительности синусоидальной, треугольной и прямоугольной форм).

Осц. – осциллограф – для наблюдения формы сигналов на входе и выходе.

Рисунок. 9.2 – Схема исследований цепи RC

5.5 Исследовать процессы, проходящие в цепи RC: на цепь подаются прямоугольные импульсы, т. к. длительность импульсов больше постоянной времени цепи, т. е. переходной процесс оканчивается за время действия импульса, то можно считать, что во время подачи импульса идет заряд конденсатора, а во время отсутствия импульса – разряд.

5.5.1 Щелкнуть два раза на изображение генератора. Установить режим генерации прямоугольных импульсов, нажав на изображение прямоугольных импульсов в раскрывшемся окне лицевой панели генератора.

5.5.2 Установить: частоту (frequency) 2 кГц , амплитуду (amplitude) 2 В, длительность импульса (duty cycle) 50% от периода и постоянную составляющую (offset) сигнала на выходе генератора равную двум с помощью клавиатуры и манипулятора мышь, изменяя эти данные в окошках напротив параметров в раскрывшемся окне лицевой панели генератора.

5.5.3 Включить режим анализа схемы, щелкнув манипулятором мышь на изображение выключателя , расположенного в правом верхнем углу панели инструментов.

5.5.4 Щелкнуть два раза на изображение осциллографа, наблюдать временные диаграммы сигналов на экране осциллографа.

5.5.5 Щелкнуть на изображение Expand лицевой панели осциллографа. Наблюдать временные диаграммы входного и выходного сигналов на расширенном экране.

5.5.6 Нажать манипулятором мышь надпись Pause на панели инструментов, остановив анализ построения программой временных диаграмм или отключить формирование сигналов, нажав левой клавишей манипулятора мышь на изображение выключателя в правом верхнем углу окна.

5.5.7 Щелчками манипулятора мышь установить на лицевой панели осциллографа переключателем «Время на деление» (Time base) – время, соответствующее наблюдению двух или трех периодов колебания.

5.5.8 Установить переключателем «Вольт на деление» (V/div) удобный для наблюдения масштаб по оси амплитуд. Зарисовать входной и выходной импульсы в отчёт.

5.5.9 Изменять сопротивления резистора R (R = 640, 160, 20 Ом). После каждого изменения сопротивления включать режим анализа схемы.

Зарисовать полученные осциллограммы в отчет. Сделать выводы о влиянии сопротивления резистора на длительность переходного процесса.

5.5.10 Установить величину сопротивления резистора R равную 1280 Ом. Подключить параллельно конденсатору С₁ конденсатор С₂=18 нФ. Включить режим анализа схемы. Зарисовать полученные осциллограммы входного и выходного напряжения. Выяснить влияние величины емкости конденсатора на длительность переходного процесса. Затем конденсатор С₂ отключить от схемы.

5.5.11 Установить длительность импульса (duty cycle) в раскрытом окне лицевой панели генератора равной 10%. Зарисовать полученные осциллограммы в отчет. Сделать выводы о влиянии длительности сигнала на форму выходного напряжения.

5.6 Исследовать переходные процессы в цепи RL.

5.6.1 Исследовать изменение напряжения на катушке индуктивности: собрать схему, приведенную на рисунке 9.3 (L = 44 мГн). Повторить опыты по п. 5.5.1–5.5.9 и 5.5.11.

Рисунок 9.3 – Схема исследований цепи RL

5.6.2 Исследовать изменение тока в цепи с индуктивностью в переходном режиме: собрать схему, приведенную на рисунке 9.4. Повторить опыты по п. 5.5.1–5.5.9 и 5.5.11.

5.7 Показать результаты выполнения работы преподавателю.

5.8 Выключить оборудование.

5.9 Составить отчет по работе

Рисунок 9.4 – Схема исследований цепи RL

Содержание отчета

6.1 Наименование и цель работы.

6.2 Решение задачи по п. 2.4, 2.5.

6.3 Схемы исследований (рисунки 9.2, 9.3, 9.4).

6.4 Осциллограммы токов и напряжений.

6.5 Ответы на контрольные вопросы (по заданию преподавателя).

6.6 Выводы по работе.

7 Контрольные вопросы

7.1 Поясните, что показывает постоянная времени, в каких единицах она измеряется?

7.2 Укажите, за какое время переходной процесс считается законченным.

7.3 Поясните, как влияет резистивное сопротивление R на длительность переходного процесса в цепи RL и RC?

Содержание зачета

Учащийся должен знать ответы на контрольные вопросы. Должен уметь проводить измерения, предусмотренные заданием на работу, анализировать результаты измерений.

Литература

9.1 Добротворский, И. Н. Теория электрических цепей / И. Н. Добротворский. – M.: Радио и связь, 1989. – С. 344 – 364.

9.2 Агасьян, М. В. Электротехника и электрические измерения / М. В. Агасьян, Е. А. Орлов. – М.: Радио и связь, 1983. – С. 260 – 270.

9.3 Попов, В. С. Теоретическая электротехника / В. С. Попов. – М.: Энергия, 1975. – C. 521 – 542.

9.4 Карлащук, В. И. Электронная лаборатория на IBM PC / В. И. Карлащук. – М.: Солон-Р, 1999. – С. 23 – 51.

Лабораторная работа № 10

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 Следующая ⇒