Порядок выполнения эксперимента

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 7Следующая ⇒

· Соберите электрическую цепь согласно схеме (рис. 1) и измерьте ток I и напряжение U₂ на термисторе при постепенном увеличении напряжении U₁ согласно таблице 1. Измерения должны быть выполнены с интервалами не менее 30 с, чтобы после каждого изменения напряжения достичь установившегося теплового состояния термистора. Измерение токов производите мультиметром, т.к. виртуальные приборы не дают достаточной точности при измерении малых токов (менее 10 мА). Напряжение измерить мультиметром. Напряжения больше 15В можно получить, соединив последовательно два источника постоянного напряжения: 0…15 В и 15 В.

Резистор 1 кОм включен для ограничения тока и предотвращения перегрева терморезистора.

Таблица 2.1

· Занесите результаты измерений в таблицу 1 и постройте по ним кривые на рисунке 2. Величины сопротивлений, необходимые для построения кривой R=f(U), можно рассчитать с использованием значений тока I и напряжения U₂.

Рис. 2.2

Резисторы с зависимостью от напряжения (варисторы)

Варисторы изменяют свое сопротивление обратно пропорционально приложенному напряжению. Используются в электронных цепях для ограничения и стабилизации напряжения, гашения дуги и защиты от перенапряжений.

Экспериментальная часть

Задание

Постройте статические кривые R= f(U) и I= f(V) варистора.

Порядок выполнения эксперимента

Рис. 2.3

· Соберите электрическую цепь согласно схеме (рис. 3) и измерьте токи в варисторе при напряжениях, указанных в таблице 2. Измерение тока и напряжения проводите мультиметром или виртуальным прибором.

Таблица 2.2

· Величины сопротивлений, необходимые для построения кривой R=f(U) (можно рассчитать с использованием значений тока и напряжения либо измерить виртуальным прибором. Результаты внесите также в таблицу 2.2

Постройте графики на рисунке 2.4.

Рис. 2.4

Контрольные вопросы:

Что называется нелинейным элементом?
Какие нелинейные элементы вы знаете?
Методы расчета нелинейных элементов
Если 2 нелинейных элемента соединены последовательно, то, как построить результирующую ВАХ, используя графический метод расчета.
Если 2 нелинейных элемента соединены параллельно, то как построить результирующую ВАХ, используя графический метод расчета.

Цепи синусоидального тока

С конденсаторами

Напряжение и ток конденсатора

Когда к конденсатору приложено синусоидальное напряжение, он периодически заряжается и разряжается. Ввиду переменного характера напряжения периодически меняется и полярность заряда конденсатора. Ток в конденсаторе i_c достигает своего амплитудного значения каждый раз, когда напряжение u_C на нем проходит через нуль (рис. 1). Таким образом, синусоида тока i_C опережает синусоиду напряжения u_c на 90°.

Фазовый сдвиг:

Рис.1

Реактивное сопротивление конденсатора

Конденсатор в цепи синусоидального тока оказывает токоограничивающий эффект, который вызван встречным действием напряжения при изменении знака заряда. Этот токоограничивающий эффект принято выражать как

емкостное реактивное сопротивление (емкостной реактанс) Х_c.

Величина емкостного реактанса Х_c зависит от величины емкости конденсатора, измеряемой в Фарадах, и частоты приложенного напряжения переменного тока. В случае синусоидального напряжения имеем:

где Х_с - реактивное емкостное сопротивление, Ом;

С - емкость конденсатора, Ф;

= 2π f- угловая частота синусоидального напряжения (тока).

Цепи синусоидального с катушками индуктивности

Напряжение и ток катушки индуктивности

Когда к катушке индуктивности подведено синусоидальное напряжение, ток в ней отстает от синусоиды напряжения на 90°. Соответственно, мгновенное значение тока достигает амплитудного значения на четверть периода позже, чем мгновенное значение напряжения (рис. 2). В этом рассуждении пренебрегается активным сопротивлением катушки.

Рис. 2

Лабораторная работа 3

Последовательное соединение резистора

И конденсатора

Когда к цепи (рис. 3.1) с последовательным соединением резистора и катушки индуктивности подается переменное синусоидальное напряжение, один и тот же синусоидальный ток имеет место в обоих компонентах цепи.

Рис. 3.1

Между напряжениями U_R, U_Си U существуют фазовые сдвиги, обусловленные емкостным реактивным сопротивлением X_С. Они могут быть представлены с помощью векторной диаграммы напряжений (рис. 3. 2).

Рис. 3.2

Фазовый сдвиг между током I и напряжением на резисторе U_r отсутствует, тогда как сдвиг между этим током и падением напряжения на конденсаторе Uc равен 90° (т.е. ток опережает напряжение на 90). При этом сдвиг между полным напряжением цепи U и током I определяется соотношением между сопротивлениями Хс и R.

Если каждую сторону треугольника напряжений разделить на ток, то получим треугольник сопротивлений (рис. 3.3). В треугольнике сопротивлений Z представляет собой так называемое полное сопротивление цепи.

Рис. 3.3

Из-за фазового сдвига между током и напряжением в цепях, подобных данной, простое арифметическое сложение действующих или амплитудных значений напряжений на отдельных элементах цепи невозможно. Невозможно и сложение разнородных (активных и реактивных) сопротивлений. Однако в векторной форме

Действующее значение полного напряжения цепи, как следует из векторной диаграммы,

Полное сопротивление цепи:

Активное сопротивление цепи:

Емкостное реактивное сопротивление цепи:

Угол сдвига фаз

Экспериментальная часть

Задание

Для цепи с последовательным соединением резистора и конденсатора измерьте и вычислите действующие значения падений напряжения на резисторе U_r и конденсаторе U_C, ток I, угол сдвига фаз φ, полное сопротивление цепи Z и емкостное реактивное сопротивление Х_C и активное сопротивление R.

Порядок выполнения работы

· Соберите цепь согласно схеме (рис. 3.4), подсоедините регулируемый источник синусоидального напряжения и установите его параметры: U = 5 В, f = 1 кГц.

Рис. 3.4

· Выполните мультиметрами измерения действующих значений тока и напряжений, указанных в таблице 1.

Таблица 3.1

U, B	U_R, B	U_C, B	I, мА	φ, град.	R, Ом	Х_Δ, Ом	Z, Ом	Примечание

· Вычислите:

Фазовый угол

Полное сопротивление цепи

Активное сопротивление цепи

Емкостное реактивное сопротивление цепи

·Выберите масштабы и постройте векторную диаграмму напряжений (рис. 5) и треугольник сопротивлений (рис. 6).

Рис. 3.5 Рис. 3.6

Контрольные вопросы:

Что называется периодом?
Что называется частотой?
Для переменного напряжения и тока записать выражения мгновенных напряжений и токов, дать определение амплитуды и начальной фазы.
Дать определение действующего напряжения (тока), указать его связь с амплитудой напряжения (тока).
Дать определения мгновенной и активной мощности.
Объяснить назначение приборов в измерительной цепи.
Какие элементы обладают активным сопротивлением.
Какой вид имеет временная диаграмма напряжений и тока при последовательном соединении R и C-цепей?
Изобразите треугольники напряжений, сопротивлений и мощностей для цепи с активно-ёмкостной нагрузкой. Чем они отличаются от треугольников для активно-индуктивной нагрузки?

Лабораторная работа 4

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 7 Следующая ⇒