Схема лабораторной установки

Лабораторная работа №2

“Исследование резонанса токов”

Цель работы

1. Исследование резонансных свойств параллельного колебательного контура.

2. Исследование влияния изменения емкости на величины тока и сдвига фаз между приложенным напряжением и током неразветвленной части цепи переменного тока с параллельным соединением R, L, C.

Схема лабораторной установки

Рисунок 2.1

Схема лабораторной установки содержит параллельно соединенные катушку индуктивности L2 (сопротивление R изображено условно и учитывает активную составляющую сопротивления катушки индуктивности L2) и переменную емкость C1 в виде батареи конденсаторов.

Напряжение в исследуемой цепи регулируется с помощью автотрансформатора ЛАТР.

Для измерения величин тока и напряжения, а также наблюдения сигналов в цепи используется осциллограф на базе персонального компьютера. Измерительные каналы осциллографа, служащие для измерения действующего значения тока и напряжения, обозначены на схеме как амперметры и вольтметр и предназначены для:

PV21 – вольтметр для измерения напряжения, подаваемого на вход цепи;

PA23 – амперметр для измерения тока в неразветвленной части цепи;

PA33 – амперметр для измерения тока в ветви, содержащей емкость C1;

PA34 – амперметр для измерения тока в ветви, содержащей катушку индуктивности L2.

Измеряемые величины токов и напряжения высвечиваются в соответствующих окнах на экране монитора. Кроме того, на экране монитора в окне PW высвечивается величина активной мощности, потребляемой исследуемой цепью.

Измерительная информация о напряжении и токах подается на соответствующие шлейфы осциллографа и служит для наблюдения на экране монитора формы кривых напряжения и токов, а также для оценки сдвига фаз между напряжением и токами.

2.3 Порядок проведения работы:

2.3.1 Задание на подготовку к работе.

1. Задача 1. По данным варианта таблицы 2.1 определить резонансную частоту w₀ параллельного колебательного контура, токи в ветвях, содержащих конденсатор и катушку индуктивности, а также в неразветвленной части цепи схемы. Активное сопротивление катушки индуктивности равно R. Действующее значение напряжения, подаваемого на параллельный контур, равно U.

Таблица 2.1

номер варианта
R, Ом
L, мкГн
C, пФ
U, В

Задача 2. Известны: значения активного R и реактивного x_L сопротивлений катушки индуктивности, входящие в параллельный контур, а также ток в неразветвленной части цепи . Цепь находится в состоянии резонанса. По данным таблицы 2.2 определить емкость конденсатора, мгновенные значения токов в ветвях схемы, а также мгновенное значение напряжения подаваемого на вход контура.

Таблица 2.2

номер варианта
Im, А	1,0	1,5	2,0	3,0	4,0	5,0
w0, 1/c
φ, град
R, Ом	1,0	1,5	2,0	3,0	4,0	5,0
xL, Ом	3,0	6,0	9,0	12,0	15,0	18,0

2. В тетради лабораторных работ подготовить бланк отчета по работе, который должен содержать:

- название лабораторной работы;

- цель лабораторной работы;

- схему лабораторной установки (по ГОСТу и с учетом ЕСКД);

- задачи из п. 2.3.1;

- ответы на контрольные вопросы;

- таблицу для измеренных и вычисленных данных.

2.3.2 Задание на выполнение работы.

1. Собрать схему изображенную на рисунке 2.2. Предъявить для проверки преподавателю.

Рисунок 2.2

2. Включить тумблер S1 «Сеть» - положение тумблера вверх.

3. Включить тумблер S12 в положение вверх.

4. Включить тумблер S45 «ЛАТР» в положение «ВКЛ».

5. Галетником ЛАТРа установить напряжение, по вольтметру PV21 (U), от 0 до 24 В.

6. Тумблерами батареи конденсаторов C1 подобрать емкость, при которой наступает момент резонанса тока (на осциллографе синусоиды тока I и напряжения U совпадают по фазе). Общий ток на амперметре PA23 (I) будет при этом минимальным. Показания приборов PA23 (I), PA33(I₁), PA34(I₂), PV21(U), PW (P) занести в таблицу 2.3

7. Дискретно изменяя емкость, от резонансной емкости в сторону увеличения значения емкости, но ток при этом на амперметре PA23 (I) не должен превысить 0,15 А, произвести три опыта. Показания приборов PA23(I), PA33(I₁), PA34(I₂), PV21(U), PW (P) записать в таблицу 2.3. Оценить характер цепи по сдвигу фазы между током в неразветвленной части цепи и входным напряжением по соответствующим кривым на экране осциллографа.

8. Затем дискретно изменяя емкость от резонансной емкости в сторону уменьшения емкости, произвести три опыта. Показания приборов PA23 (I), PA33(I₁), PA34(I₂), PV21(U), PW (P) записать в таблицу 2.3. Оценить характер цепи по сдвигу фазы между током в неразветвленной части цепи и входным напряжением по соответствующим кривым на экране осциллографа.

9. Таблицу с показаниями предъявить преподавателю.

10. Тумблеры S12 и S45 перевести в положение вниз.

11. Тумблером S1 отключить стенд от сети – положение тумблера вниз.

Таблица 2.3

№ отсчета	Измерено	Вычислено
С1 С, мкФ	PA23 I, A	PA33 I1, A	PA34 I2, В	PV21 U, В	PW P, Вт	g, См	b, См	y, См	φ, грд

12. По экспериментальным данным вычислить:

g – активную проводимость цепи;

b – реактивную проводимость цепи;

y – полную проводимость цепи;

φ – угол сдвига фаз между входным напряжением U и током I в неразветвленной части цепи, знак угла определяется по характеру исследуемой цепи (см. п. 7 и 8 данного раздела).

13. Построить графики зависимостей:

I=f(C) – тока в неразветвленной части цепи от емкости;

I₁=f(С) – тока в ветви содержащей конденсатор от емкости;

I₂=f(C) – тока в ветви содержащей катушку индуктивности от емкости;

φ=f(C) – угла сдвига фаз между током I в неразветвленной части цепи и входным напряжением U от емкости.

14. Проанализировать полученные результаты.