Порядок проведения эксперимента

Измерения в цепи переменного тока с активно-реактивными сопротивлениями

Цель работы:

1. Получить навыки компьютерного моделирования цепи синусоидального тока с активно-реактивными сопротивлениями.

2.   Ознакомиться с работой виртуального прибора Боде-плоттер.

3. Закрепление теоретических сведения о методах анализа электрических цепей переменного тока.

ОБЪЕКТ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ

 

Объектом исследования является электрическая цепь переменного тока с одним источником и последовательным соединением активного сопротивления R, ёмкости С и катушки индуктивности L.

Средством исследования служит программа моделирования Electronics Workbench (EWB).

Общие сведения

Резонансом называют такой режим работы пассивной цепи, при котором входной ток совпадает по фазе с входным напряжением, несмотря на наличие в цепи реактивных элементов.

Если цепь представляет собой последовательное соединение двухполюсников, содержащих реактивные элементы разного характера, то возникновение резонанса объясняется взаимной компенсацией реактивных составляющих напряжений на этих двухполюсниках. В этом случае  говорят о резонансе напряжений.

Простейший вариант такого резонанса получается при последовательном соединении катушки индуктивности с параметрами R, L и конденсатора с емкостью С.

Таким образом, резонанса можно добиться, изменяя либо частоту,

либо индуктивность, либо емкость. В частности, если заданы ω и L, то резонанс получится при ёмкости

 В этом случае будут равны напряжения на индуктивности  

и ёмкости

Они могут превысить напряжение на входе цепи U (равное падению напряжения на активном сопротивлении U _R=I R.

 

 

Работа с Боде-плоттером

На схему выводится уменьшенное изображение плоттера (рис.1). Плоттер имеет четыре зажима: два входных (IN) и два выходных (OUT). На экран плоттера выводится амплитуда и фаза отношения выходного напряжения к входному.

Верхняя панель плоттера (MODE) определяет, АЧХ (в положении MAGNITUDE) или ФЧХ (в положении PHASE) будет выводиться на экран. Левая панель управления (VERTIKAL) определяет начальное (I - initial) и конечное (F - final) значения вертикальной шкалы, а также масштаб - линейный или логарифмический. В зависимости от моды вертикальная шкала масштабируется в относительных единицах (MAGNITUDE) или в градусах (PHASE).

По горизонтальной шкале откладывается частота, органы управления горизонтальной и вертикальной шкалами идентичны.

В точке пересечения шкал расположен крестовидный курсор. Его координаты соответствуют начальному положению по вертикальной и горизонтальной осям и высвечиваются на информационных полях внизу справа. Курсор можно двигать стрелками расположенными слева от полей, либо “тащить” с помощью мыши, как это обычно делается в Windows. Совместив курсор с точкой на кривой получаем в окнах координаты точки.

 

 

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

 

1. Собрать электрическую цепь, показанную на рис. 1. Измерить падения

напряжений на каждом элементе, а также ток в цепи.

2. Изменяя частоту генератора, определить резонансную частоту цепи и

вывести на экран Боде-плоттера резонансную кривую (рис. 2).

 

Рис.1

3. Результаты измерения занести в таблицу 1.

 

 

Таблица 1

№	f  Гц	U2 В	U3 В
1	50
2	100
3	150
4	200
5	250
6	300
7	350
8	400
9	450

 

4. Определить влияние активного сопротивления на явление резонанса напряжения.

Для чего для различных частот, изменяя значение сопротивления переменным резистором, определить падение напряжения на реактивных элементах. Результаты измерений занести в таблицу 2.

Таблица 2

f Гц	U2 В			U3 В
	R=10 Ом	R=25 Ом	R=40 Ом	R=10 Ом	R=25 Ом	R=40 Ом
250

 

5. Подключите Боде – плоттер (рис.2)

 

Рис.2

6. Зарисуйте график в тетрадь (рис.3)

 

Рис.3

7. Аналитически рассчитайте значение резонансной частоты.

8. Сделать выводы.

9. Оформите отчёт.