Исследование основных параметров резистивно-индуктивной цепи

1. В установку подсоединить катушку №1, записать в таблицу 1 её омическое сопротивление R _L, указанное на самой катушке.

2. В коммутационном блоке установлен резистор с заданным сопротивлением R, значение которого также занести в таблицу 1.

3. На функциональном генераторе установить частоту 5 кГц.

4. На экране осциллографа проверить размах верхней синусоиды (т.е. на канале “ CH2 ”), он должен быть равен 2 большим делениям. Если необходимо, то подправить это значение, вращая рукоятку амплитуды сигнала на функциональном генераторе.

5. Измерить амплитудное значение напряжения на резисторе U _R, т.е. с учетом цены большего деления, устанавливаемого переключателем “ VOLTS / DIV ” (Вольт / деление) для канала “ CH1 ”, определить половину размаха синусоиды в вольтах. Результаты измерений занести в таблицу 1.

6. Измерить фазовый сдвиг f _эксп входногонапряжения от тока в RL -цепи. Если посредством переключателя масштаба времени на осциллографе (Время/деление) на экране (ширина 10 см) уместить одну полуволну тока (180°), то фазовый сдвиг входного напряжения от тока в RL -цепи может отсчитываться прямо по экрану (1 см = 18° смещения по фазе). Нулевые уровни обоих кривых по оси Y при этом можно совместить для более точного снятия отсчета (точность совмещения проверяется кнопкой GND). Однако более простой способ измерения фазового сдвига заключается в следующем:

a) измерить расстояние между двумя ближайшими пиками верхней синусоиды (например, получилось 3,8 больших деления), и умножить это количество больших делений на цену деления, выставленного переключателем “ TIME / DIV ” (например, “20 mc”). В результате получится значение периода T верхней синусоиды, выраженного в микросекундах; что соответствует сдвигу фазы, равного 2p рад.

b) аналогичным образом измерить расстояние по горизонтали между двумя ближайшими пиками верхней и нижней синусоид (предварительно их совместив рукоятками “ ↕ ”), т.е. это будет значение времени t, мкс, равное отставанию одного колебания от другого (т.е. искомый сдвиг фаз f _эксп).

В итоге получается следующая пропорция:

2p, рад –– T, мкс

f _эксп, рад –– t, мкс

Откуда следует значение фазового сдвига:

. (19)

Записать эти значения T, t и f _эксп в таблицу 1.

7. На функциональном генераторе установить в соответствии с таблицей 1 очередное значение частоты f и повторить процедуры в пунктах 4 – 7.

 

Таблица 1. *

f, кГц
R,Ом
R L,Ом
U, В
U R, В
t, мc
T, мс
fэксп., рад.
L, мГн
X L, Ом
fрасч., рад.
I m, А

* Отдельно под таблицей записать значения погрешностей прямых измерений

 

Следующие пункты выполнять по указанию преподавателя!

 

8. Повторить пункты 1 – 7 для катушки индуктивности №1, но с другим по номиналу резистором R, установленным вместо предыдущего в коммутационный блок, и заполнить таблицу 2 по аналогии с таблицей 1.

9. Повторить пункты 1 – 8 для катушки индуктивности №2, подсоединенной к установке вместо предыдущей, и заполнить очередные таблицы по аналогии с таблицей 1.

10. Повторить пункты 1 – 8 для последовательного соединения двух катушек и заполнить очередные таблицы по аналогии с таблицей 1.

11. Повторить пункты 1 – 8 для параллельного соединения двух катушек и заполнить очередные таблицы по аналогии с таблицей 1.

Работа закончена. Установку вернуть в первоначальное состояние, подключив к электрической цепи надлежащим образом катушку №1 и резистор №1.

 

Обработка результатов

 

1. Для каждого значения частоты в таблице 1 рассчитать значение индуктивности L в соответствии с формулой (13).

2. Для каждого значения частоты в таблице 1 рассчитать значение импеданса X _L катушки в соответствии с формулами (6) и (11).

3. Определить измеренное значение сдвига фаз f _эксп в соответствии с формулой (19).

4. Для каждого значения частоты в таблице 1 рассчитать значение фазового сдвига f _расч. в соответствии с формулой (17), взяв арктангенс этого выражения.

5. Для каждого значения частоты в таблице 1 рассчитать амплитудное значение силы тока I _m в RL -цепи _. в соответствии с формулой (18), где U _m – это амплитудное значение входного напряжения в цепи, значение которого выставлялось постоянным (размахом в 2 больших деления), в таблице 1 оно обозначено просто U _.

6. Построить графики зависимостей (тип графиков точечный с добавлением к точкам кривой аппроксимации по методу наименьших квадратов):

6.1 импеданса катушки от частоты X _L = X _L (f), (а также графики, если было задано по указанию преподавателя, для последовательного и параллельного соединений катушек X _{L посл.} = X _{L посл.} (f) и X _{L парал.} = X _{L парал.} (f));

6.2 фазочастотных характеристик (ФЧХ), т.е. сдвигов фаз f (экспериментального и расчетного) между током и напряжением питания как функции частоты f = j(f), кривые функций экспериментальную и расчетную показать на одной координатной плоскости; (а также графики, если было задано по указанию преподавателя, для последовательного и параллельного соединений катушек (f) _посл. = j(f) и (f) _парал. = j(f));

6.3 амплитудочастотную характеристику (АЧХ), т.е. зависимость силы тока в цепи от частоты I _m = I _m(f).

7. Определить погрешности косвенных измерений.

Контрольные вопросы

 

1. Какие физические процессы исследуются в работе?

2. Какие фундаментальные законы лежат в основе методики исследования параметров резистивно-индуктивной цепи?

3. Можно ли определять индуктивность и импеданс катушки, не учитывая омического сопротивления катушки? Почему?

4. Как отличаются по фазе напряжения на резисторе и индуктивности, соединенные в цепи последовательно? Почему?

5. От чего и как зависят импеданс и индуктивность катушек?

6. Как определяются полный импеданс и полная индуктивность катушек, соединенных параллельно и последовательно?

 

библиографический список

учебной литературы

1. Калашников Н.П. Основы физики. М.: Дрофа, 2004. Т. 1

2. Савельев И.В. Курс физики. М.: Наука, 1998. Т. 2.

3. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. М.: Высшая школа,

4. Иродов И.Е Электромагнетизм. М.: Бином, 2006.

5. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. М.: Наука, 1998.

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: