Основы теории цепей. Вариант №3

Кр:
Задание 1
1. Рассчитать схему методом наложения.
2. Составить систему уравнений по методу законов Кирхгофа.
3. Рассчитать схему методом узловых напряжений.
4. Проверить баланс мощности.
Задание 2
1. Составить систему уравнений по методу законов Кирхгофа.
2. Рассчитать ток в L1 методом контурных токов.
3. Рассчитать ток в L1 методом эквивалентного генератора.


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.
3. Теоретическое исследование
Исследовать схему, приведенную на рис. 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 расчета закон Ома (метод свертывания).
3.4. На схеме, в качестве примера, подключены только два вольтметра - для измерения напряжения на сопротивлениях R1и R4 (обратите внимание, что вольтметры подключаются параллельно элементам). Нужно добавить в схему вольтметры для измерения э.д.с. Е1 и напряжений на всех резистивных элементах. Показания (расчетные значения) вольтметров записать в таблицу 1.1.
По данным исследований проверить выполнение второго закона Кирхгофа (ЗНК) для любого из контуров электрической цепи.
3.5.  Добавить в схему амперметры (последовательно) (на рисунке 1.1 показано включение амперметра в ветвь с резистором R2), определить токи в каждой ветви и записать в таблицу 1.2. По результатам исследований (расчетов) проверить выполнение первого закона Кирхгофа (ЗТК) для любого узла схемы.
   
При подключении амперметров и вольтметров следует придерживаться направления протекания тока в ветви. Все приборы 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 значениями.
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 полученные результаты.
3.8. Убедиться, что все токи и напряжения в схеме зависят от величины каждого резистора схемы. Для этого восстановить прежнее значение E1, уменьшить сопротивление резистора 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
 Цель работы:
Изучение электрических цепей, содержащих резисторы R, индуктивности L и емкости С при гармоническом (синусоидальном) воздействии
 Подготовка к выполнению работы
При подготовке к работе необходимо изучить поведение R, L, C при различных способах включения (последовательное, параллельное, смешанное – глава 3 электронного учебника).
 Теоретическое исследование
 Исследование работы последовательной RL – цепи (рисунок 2.1)
 Задать значения
сопротивления резистора R =100+Nx10 (Ом), где N – номер варианта (последняя цифра пароля);
индуктивности L=2 мГн.
 Задать напряжение источника E=10 В и частоту f=5 кГц
 Определить (рассчитать) показания (расчетные значения) вольтмера при измерении напряжения на резисторе UR и катушке индуктивности, добавить вольтметры в исследуемую схему. Записать показания вольтметров в таблицу 2.1.
    
f=10 кГц     
При правильном измерении должно выполняться равенство
E=√(U_R^2+U_L^2 )
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 равенстве (поскольку соединение последовательное). Показание амперметра определить (рассчитать) и записать в таблицу 2.1.
 Увеличить частоту f в два раза (т.е. установить f=10 кГц) и произвести 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 увеличением в 2 раза сопротивления XL.
 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.

 Определить (рассчитать) показания вольтметров для измерения напряжений UR и UC (добавить вольтметры в схему) и показания 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 расчетов занести в таблицу 2.2. Учесть, что реактивное емкостное сопротивление равно Xc=1/wC=1/2fC и с ростом частоты уменьшается.
f=10 кГц     
 Исследование схемы RLC-цепи (рис. 2.3).
Добавить последовательно в схему предыдущего опыта (рисунок 2.2) катушку индуктивности L=2мГн. Задать частоту и напряжение источника Е согласно п. 3.3. Добавить в схему вольтметры и амперметр.
 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 (расчетов) занести в таблицу 2.3.

Лабораторная работа No 3
Резонансы напряжений и токов в электрических цепях
 Цель работы
Исследование явления резонанса в последовательном и параллельном контурах, их частотных характеристик, влияния нагрузки на свойства контуров.
 Подготовка к выполнению работы
При подготовке к работе необходимо изучить явления электрического резонанса в последовательном и параллельном контурах, основные расчетные соотношения, частотные характеристики контуров, влияние нагрузки на свойства контуров (параграфы 4.1, 4.2, 4.3 электронного учебника).
 Теоретическое исследование
 Исследовать работу схемы последовательного колебательного контура, подключенного к источнику переменного напряжения E (рис. 3.1).
 Задать следующие номиналы элементов:
R=20 Ом, L=2 мГн, C=50+Nx5 нФ,
где N – номер варианта (последняя цифра пароля)
 Задать напряжение источника Е=1 В (частота задается в соответствии с пунктом 3.4).
 Определить (рассчитать) частотную характеристику ненагруженного 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 стороны 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
      
По результатам расчетов построить Амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) H(f), определить по ней полосу пропускания SA контура (на уровне 0,707Н0) и рассчитать значение добротности полученного ненагруженного контура
Q=f_0/S_A
 Рассчитать частотную характеристику нагруженного последовательного контура. Для этого подключите к выходу контура (параллельно индуктивности L) сопротивление нагрузки Rн величиной 1 кОм (рисунок 3.2).
Проделать все расчеты и построение графика согласно п. 3.4. Данные измерений занести в таблицу 3.1. По результатам исследований сделать вывод о влиянии Rн на избирательные свойства последовательного контура, его эквивалентную добротность, полосу пропускания.
 Параллельный контур
 Исследовать работу схемы параллельного колебательного контура, подключенного к источнику тока J с большим внутренним сопротивлением (рисунок 4.1)
 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.
 Рассчитать частотную характеристику напряжения UК(f) = Uвых(f) ненагруженного (RН отключено) параллельного контура в диапазоне частот, включающем в себя резонансную частоту f0. Расчет резонансной частоты произвести по формуле:
f_0=1/(2π√LC) √((L⁄C-R^2)/(L⁄C))
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.
       
По результатам расчета построить частотную характеристику (резонансную кривую) Uк(f), определить по ней полосу пропускания SА контура (на уровне 0,707UК0) и рассчитать значение добротности Q полученного ненагруженного контура
Q=f_0/S_A
 Рассчитать частотную характеристику UК(f) = Uвых(f) нагруженного параллельного контура. Для этого подключить параллельно к выходу контура (рисунок 3.3) сопротивление нагрузки Rн. Установить на нем значение сопротивления 1 кОм.
Проделать все измерения, построение графика и расчеты согласно п. 4.3. Данные измерений занести в таблицу 4.1. По результатам исследования и расчетов сделать вывод о влиянии Rн на избирательные свойства параллельного контура, его эквивалентную добротность, полосу пропускания.

Уважаемая А, Замечание: Задача 2. Значения тока в индуктивности, рассчитанные разными методами, отличаются знаками. Журавлева Ольга Борисовна

К лаб. раб - Уважаемая А, замечаний нет. Журавлева Ольга Борисовна