Теория электрических цепей (часть 1). Лабораторные работы №1,2,3. Вариант 4

Теория электрических цепей (часть 1). Лабораторные работы No1,2,3. Вариант 4

Лабораторная работа No 1

Законы Ома и Кирхгофа в резистивных цепях

1. Цель работы:
Изучение, исследование и проверка законов Ома и Кирхгофа в разветвленной электрической цепи, содержащей источник и резистивные элементы.
2. Подготовка к выполнению работы:
При подготовке к работе необходимо изучить: законы Ома для пассивного участка цепи, участка цепи с активными (источни-ки) и пассивными (нагрузки) элементами, замкнутого контура; первый закон Кирхгофа – для узла цепи; второй закон Кирхго-фа – для замкнутого контура цепи (глава 1 электронного учеб-ника).
3. Теоретическое исследование
Исследовать схему, приведенную на рис. 1.1.

Рисунок 1.1
3.1 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);
R2=R3=R4=R5=R6=100 Ом.

3.3. Определить (рассчитать) показания всех измерительных приборов – вольтметров и амперметров, используя для рас-чета закон Ома (метод свертывания).
3.4. На схеме, в качестве примера, подключены только два воль-тметра - для измерения напряжения на сопротивлениях R1и R4 (обратите внимание, что вольтметры подключаются па-раллельно элементам). Нужно добавить в схему вольтмет-ры для измерения э.д.с. Е1 и напряжений на всех резистив-ных элементах. Показания (расчетные значения) вольтмет-ров записать в таблицу 1.1.
Таблица 1.1
 Е1 UR1 UR2 UR3 UR4 UR5 UR6
Показа-ния при-боров В В В В В В В
       
По данным исследований проверить выполнение второго за-кона Кирхгофа (ЗНК) для любого из контуров электрической цепи.
3.5.  Добавить в схему амперметры (последовательно) (на ри-сунке 1.1 показано включение амперметра в ветвь с рези-стором R2), определить токи в каждой ветви и записать в таблицу 1.2. По результатам исследований (расчетов) про-верить выполнение первого закона Кирхгофа (ЗТК) для лю-бого узла схемы.
Таблица 1.2
 IR1 IR2 IR3 IR4 IR5 IR6
Показа-ния при-боров мА мА мА мА мА мА
      
При подключении амперметров и вольтметров следует при-держиваться направления протекания тока в ветви. Все при-боры должны быть ориентированы по току - от плюса к минусу
3.6. Используя закон Ома и данные расчетов U и I, определить значения резисторов в схеме. Сравнить с заданными зна-чениями.
3.7. 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 полу-ченные результаты.
3.8. Убедиться, что все токи и напряжения в схеме зависят от величины каждого резистора схемы. Для этого восстано-вить прежнее значение E1, уменьшить сопротивление рези-стора 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.

Лабораторная работа No 2

Электрические цепи при гармоническом воздействии

1. Цель работы:
Изучение электрических цепей, содержащих резисторы R, ин-дуктивности L и емкости С при гармоническом (синусоидаль-ном) воздействии
2. Подготовка к выполнению работы
При подготовке к работе необходимо изучить поведение R, L, C при различных способах включения (последовательное, па-раллельное, смешанное – глава 3 электронного учебника).
3. Теоретическое исследование
3.1. Исследование работы последовательной RL – цепи (рисунок 2.1)

Рисунок 2.1

3.2. Задать значения
сопротивления резистора R =100+Nx10 (Ом), где N – номер варианта (последняя цифра пароля);
индуктивности L=2 мГн.
3.3. Задать напряжение источника E=10 В и частоту f=5 кГц
3.4. Определить (рассчитать) показания (расчетные значения) вольтмера при измерении напряжения на резисторе UR и ка-тушке индуктивности, добавить вольтметры в исследуемую схему. Записать показания вольтметров в таблицу 2.1.
Таблица 2.1
 E UR UL IR IL
f=5 кГц В В В мА мА
     
f=10 кГц     
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 ра-венстве (поскольку соединение последовательное). Показание ам-перметра определить (рассчитать) и записать в таблицу 2.1.
3.5. Увеличить частоту f в два раза (т.е. установить f=10 кГц) и про-извести 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 увеличени-ем в 2 раза сопротивления XL.
3.6. Исследование работы последовательной RC-цепи (рисунок 2.2). Задать значения:
сопротивления резистора R =100+Nx10 (Ом), где N – номер варианта (последняя цифра пароля);
емкости С=100 нФ;
частоту и напряжение источника Е согласно п. 3.3.


Рисунок 2.2

3.7. Определить (рассчитать) показания вольтметров для измере-ния напряжений UR и UC (добавить вольтметры в схему) и по-казания амперметра для измерения тока в цепи на частотах f=5 кГц и f=10 кГц. (см. п.п. 3.4 и 3.5). Данные измерений и рас-четов занести в таблицу 2.2. Учесть, что реактивное емкост-ное сопротивление равно Xc=1/wC=1/2fC и с ростом частоты уменьшается.
Таблица 2.2
 E UR UС IR IС
f=5 кГц В В В мА мА
     
f=10 кГц     
3.8. Исследование схемы RLC-цепи (рис. 2.3).
Добавить последовательно в схему предыдущего опыта (ри-сунок 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
3.9. Определить (рассчитать) показания вольтметров (UR, UL и UC) и амперметра в цепи на частотах f=5 кГц и f=10 кГц. (см. п.п. 3.4 и 3.5). Данные показаний измерительных приборов (расче-тов) занести в таблицу 2.3.
Таблица 2.3
 E UR UL UС IR IС IL
f=5 кГц В В В В мА мА мА
       
f=10 кГц       

Учесть, что в данной цепи

Обратить внимание и уметь объяснить изменения напряже-ний и тока в цепи, обусловленные частотной зависимостью сопротивлений XL=wL и XС=1/wС.


Лабораторная работа No 3

Резонансы напряжений и токов в электрических цепях

1. Цель работы
Исследование явления резонанса в последовательном и парал-лельном контурах, их частотных характеристик, влияния нагрузки на свойства контуров.
2. Подготовка к выполнению работы
При подготовке к работе необходимо изучить явления электриче-ского резонанса в последовательном и параллельном контурах, ос-новные расчетные соотношения, частотные характеристики конту-ров, влияние нагрузки на свойства контуров (параграфы 4.1, 4.2, 4.3 электронного учебника).
3. Теоретическое исследование
3.1. Исследовать работу схемы последовательного колебательно-го контура, подключенного к источнику переменного напряже-ния E (рис. 3.1).

Рисунок 3.1
3.2. Задать следующие номиналы элементов:
R=20 Ом, L=2 мГн, C=50+Nx5 нФ,
где N – номер варианта (последняя цифра пароля)
3.3. Задать напряжение источника Е=1 В (частота задается в соот-ветствии с пунктом 3.4).
3.4. Определить (рассчитать) частотную характеристику ненагру-женного 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 сто-роны 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
Частота, кГц f1 f2 f3 f4 f5 f0 f7 f8 f9 f10 f11
           
Rн= хх H(f)           
Rн=1 кОм H(f)           
По результатам расчетов построить Амплитудно-частотную харак-теристику (АЧХ) H(f), определить по ней полосу пропускания SA кон-тура (на уровне 0,707Н0) и рассчитать значение добротности полу-ченного ненагруженного контура

3.5. Рассчитать частотную характеристику нагруженного последо-вательного 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. Дан-ные измерений занести в таблицу 3.1. По результатам исследова-ний сделать вывод о влиянии Rн на избирательные свойства после-довательного контура, его эквивалентную добротность, полосу про-пускания.
4. Параллельный контур
4.1. Исследовать работу схемы параллельного колебательного контура, подключенного к источнику тока J с большим внут-ренним сопротивлением (рисунок 4.1)








Рисунок 3.3
4.2. Задать следующие номиналы элементов:
R=20 Ом, L=2 мГн, C=50+Nx5 нФ.
где N – номер варианта (последняя цифра пароля)
Задать ток источника тока J=10 мА.
4.3. Рассчитать частотную характеристику напряжения UК(f) = Uвых(f) ненагруженного (RН отключено) параллельного кон-тура в диапазоне частот, включающем в себя резонансную частоту f0. Расчет резонансной частоты произвести по фор-муле:

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.
Частота, кГц f1 f2 f3 f4 f5 f0 f7 f8 f9 f10 f11
           
Rн= хх UК(f)           
Rн=1 кОм UК(f)           
По результатам расчета построить частотную характеристику (резонансную кривую) Uк(f), определить по ней полосу пропус-кания SА контура (на уровне 0,707UК0) и рассчитать значение добротности Q полученного ненагруженного контура

4.4. Рассчитать частотную характеристику UК(f) = Uвых(f) нагру-женного параллельного контура. Для этого подключить парал-лельно к выходу контура (рисунок 3.3) сопротивление нагруз-ки Rн. Установить на нем значение сопротивления 1 кОм.
Проделать все измерения, построение графика и расчеты со-гласно п. 4.3. Данные измерений занести в таблицу 4.1. По ре-зультатам исследования и расчетов сделать вывод о влиянии Rн на избирательные свойства параллельного контура, его эк-вивалентную добротность, полосу пропускания.

Уважаемый слушатель, дистанционного обучения,
Оценена Ваша работа по предмету: Теория электрических цепей (часть 1)
Вид работы: Лабораторная работа 1
Оценка: Зачет
Дата оценки: 03.06.2019
Рецензия: Уважаемый ................................,

Журавлева Ольга Борисовна

Уважаемый слушатель, дистанционного обучения,
Оценена Ваша работа по предмету: Теория электрических цепей (часть 1)
Вид работы: Лабораторная работа 2
Оценка: Зачет
Дата оценки: 15.06.2019
Рецензия: Уважаемый ................................,

Журавлева Ольга Борисовна

Уважаемый слушатель, дистанционного обучения,
Оценена Ваша работа по предмету: Теория электрических цепей (часть 1)
Вид работы: Лабораторная работа 3
Оценка: Зачет
Дата оценки: 18.06.2019
Рецензия: Уважаемый ................................,

Журавлева Ольга Борисовна