Описания лабораторной установки

В лабораторной установке используются: отдельный переносной блок с сетевым шнуром; электронный осциллограф и воздушная катушка индуктивности, которая применяется при резонансе напряжений и токов. Лицевая панель блока приведена в виде схемы на рис. 6. На ней маркируются (обозначаются): SA-сетевой механический выключатель, V-источник постоянного тока, SF-электронный ключ, набор конденсаторов C1, C2, и C3, набор резисторов R1, R2. Клеммы имеют обозначения A, B, C, D, E, F, G, H, K.

Необходимые соединения осуществляются перемычками между клеммами. Блок питает от сетевого напряжения 220В, 50Гц.

Выпрямитель V преобразует переменное сетевое напряжение в сглаженное постоянное. Электронный ключ SF в верхнем положении подключает цепь к постоянному напряжению ФОРМУЛА,а в нижнем положении закорачивает вход цепи. Таким образом, выпрямитель V и ключ SF представляют собой источник прямоугольных импульсов (см. рис. 7), снимаемых между клеммами A и K.

Для выполнения разряда конденсатора C1(C2, C3) на резистор R1, необходимо по схеме рис. 5.6 соединить клеммы внешними проводами – поставить перемычки B-F, C-F, D-F, G-K. Если требуется разряжать конденсатор C1(C2, C3) на резистор R2, то следует поставить перемычки B-F, C-F, D-F, H-K. Такие соединения выполнятся в опыте №1.

В опыте №2 к зажимам E-F надо подключить внешнюю воздушную катушку индуктивности. Для осуществления разрядной цепи C1(C2 C3)-F-R1(R2) ставятся перемычки H-E, C-E, D-E, и G-K, H-K. Колебательный разряд конденсатора в данной установке выполняется по схеме C-F без резисторов R1 и R2–перемычки B-E, C-E, D-E, F-K.

Порядок выполнения экспериментальной части работы

1. Ознакомиться с электрооборудованием лабораторной установки (переносной блок, осциллограф, катушка индуктивности). Запишите величины С1, С2, С3, R1, R2 в отчет.

2. На лабораторной панели (рис. 6) выключатель SA поставьте в нижнее положение (выключено). Соедините перемычками клеммы B-F и G-K. Включите штепсельный шнур в розетку сети. Включите осциллограф и расположите развертку на средней линии. Выключатель SA поставьте в верхнее положение (включено).

3. Подключите осциллограф к клеммам А-К и добейтесь устойчивого изображения положительных импульсов (рис. 7). Определите продолжительность t_Ии паузу t_Пвыходных импульсов, а также их амплитуду. Снимите (сфотографируйте) осциллограмму. Выключите SA.

Внимание! При всех последующих сменах перемычек выключайте панель – ставьте SA в нижнее положение.

4. Проведение опыта №1. Подключите осциллограф к клеммам F-K и наблюдайте на экране осциллографа кривую напряжения на резисторе R1, пропорциональную току конденсатора. Замените перемычку B-F на перемычку C-F и затем на D-F и повторите процедуру. Снимите (сфотографируйте) с экрана осциллографа кривую разрядного тока конденсатора в разрядных цепях С2-R1 (см. рис. 2 и рис. 3). По этим двум осциллограммам рассчитайте постоянную времени цепи. Выключите панель, поставив выключатель SA в нижнее положение. Перейдите к опыту №2.

5. Проведение опыта №2. Поставьте на панели перемычки C-E и G-K. Подключите к клеммам E-F воздушную катушку индуктивности. Включите SA. Снимите с клемм А-С и наблюдайте на экране осциллографе напряжение конденсатора С2 при апериодическом разряде. Снимите (сфотографируйте) осциллограмму. Выключите панель.

Поставьте перемычки В-Е и F-K и включите панель. В этом случае в цепи С1-L_K-R_K происходит колебательный разряд конденсатора. Пронаблюдайте напряжение конденсатора, снятое с клемм А-В и снимите (сфотографируйте) кривую. Процесс соответствует кривой 3 на рис. 5. Выключите панель. Отключите катушку индуктивности от клемм E-F. По опыту 2 следует рассчитать параметры колебательного контура (см. пункт 2.2).

6. Указания к расчетно-графической части работы и оформлению отчета.

Отчет оформляется в тетради лабораторных работ студента.

 

Отчет должен содержать в себе следующие материалы:

1. Номер и наименование работы.

2. Принципиальные схемы опытов – рис. 1 и рис. 4.

3. Данные параметров: t_И, t_П, амплитуда входных импульсов U_ВХ и их осциллограмма.

4. Две осциллограммы тока конденсатора опыта №1. По данным опыта №1 определить постоянную времени цепи τ тремя способами:

· Расчетом

· Графически

· Графоаналитически

5. Две осциллограммы опыта №2. По данным опыта №2 (осциллограмма колебательного разряда) определить параметры колебательного контура: T_C, f_C, ω_C, Δ, θ, δ, L, R и R_KP по формулам из пункта 2.2 настоящего описания.

6. Выводы по работе.

 

Вопросы для самопроверки и подготовки к зачету.

1. Сформулируйте закон изменения и напишите формулы для переходных напряжения и тока при заряде и разряде емкости через резистор. Изобразите графики этих кривых.

2. Дайте определение постоянной времени и поясните ее значение при переходных процессах.

3. Поясните методы определения постоянной времени цепи по экспериментальным данным-осциллограммам.

4. Перечислите, какой характер принимают переходные процессы при разряде емкости через индуктивность и резистор. Какими условиями они определяются?

5. Запишите дифференциальные уравнения, описывающие свободный и принужденный процессы в цепях R, L, C.

6. Как составляется характеристическое уравнение? Какое значение имеют корни характеристического уравнения?

7. Как находят полное решение дифференциального уравнения?

8. Найдите характеристическое уравнение для цепи R, L, C и выражение для расчета его корней.

9. Сформулируйте законы коммутации и покажите, как они проявляются при переходных процессах в цепях R, L, C.

10. Охарактеризуйте физические процессы, происходящие при апериодическом и периодическом разряде емкости.

11. Расскажите о методике расчета параметров колебательного RLC-контура по экспериментальным данным.

Выполнено_______________                          Сдано _______________

Оформлено_______________

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №8

«ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ РАЗРЯДЕ ЕМКОСТИ»

Ознакомиться с электрооборудованием лабораторной установки.

Параметры: С1= ; С2= ; С3= ; R1= ; R2= .

Опыт №1. Переходный процесс при разряде емкости через резистор.

 

Принципиальная схема

 

Переходный процесс при                            Переходный процесс при

С2= ;R1=  .                                  С3= ;R1=     .

 

(Место для графика)                                  (Место для графика)

 

Определение постоянной времени τ.

1. По известным C2 и R1:                            По известным C3 и R1:

                                       

2. По осциллограмме и формуле:

                                            

tp	U	Up
c	B	B

tp	U	Up
c	B	B

 

                           

 

 

3. Графическим построением по осциллограмме (проведением касательной):

        

    τ₁=                                                          τ₂=

 

 

Опыт №2. Переходный процесс при разряде емкости через катушку индуктивности.

 

Принципиальная схема

 

Апериодический переходный                      Колебательный переходный

Процесс при С2= ;R1=   .                 процесс при С1= по цепи

                                                                      катушки L_к-R_к

 

 

(Место для графика)                                  (Место для графика)

 

 

Расчет параметров колебательного переходного процесса по осциллограмме:

1. Период Т_с по осциллограмме: Т_с=   с.

2. Частота собственных колебаний .

3. Угловая частота .

4. Декремент затухания Δ по осциллограмме:             .

5. Логарифмический декремент затухания             .

6. Коэффициент затухания            .

7. Резонансная частота ω₀:            .

8. Индуктивность катушки .

9. Активное сопротивление обмотки катушки .

10. Критическое сопротивление .

11. Сопоставление величин R_к и R_кр:

 

 

Выводы по работе: