 |
Обработка результатов измерений
|
|
|
|
1. По результатам измерений (п.п. 2 и 5) постройте графики ВАХ нелинейных элементов. ВАХ диода строится из расчёта напряжения на одном диоде, то есть измеренное напряжение в случае последовательного соединения диодов следует разделить на два.
2. Для каждой точки ВАХ вычислите значения статических сопротивлений R СТ нелинейных элементов и постройте соответствующие графики R СТ (U). Сравните их между собой и объясните различия. Для ВАХ параллельного соединения ЛН и резистора (по п. 3) значения R СТопределять не следует.
3. По графикам ВАХ ЛН и диода определите значения дифференциального сопротивления R ДИФ при напряжении равном 0,5× Umax, построив характеристические треугольники в соответствующих точках.
4. По результатам измерений по п. 3 постройте график ВАХ параллельного соединения резистора и лампы накаливания. Сравните его с ВАХ лампы накаливания (без резистора), объясните отличия.
5. Используя ВАХ параллельного соединения, определите токи ветвей (рис. 5а) при напряжении U = 4 В.Результат проверьте, используя первое правило Кирхгофа.
6. Используя метод эквивалентного генератора, определите ток в цепи графо-аналитическим методом при последовательном соединении резистора RE и диодов (данные по п. 6 программы). Результат определения сравните с измеренным значением тока.
7. По каждому пункту программы и обработки результатов сформулируйте выводы.
Контрольные вопросы
1. Сформулируйте закон Ома для неоднородного участка цепи и правила Кирхгофа.
2. Объясните, почему не выполняется закон Ома для нелинейного элемента и как тогда определять статическое сопротивление.
3. Поясните порядок построения эквивалентных ВАХ для последовательного и параллельного соединений нелинейных элементов.
|
|
|
4. Дайте определение статического и дифференциального сопротивлений.
5. Объясните физическую причину изменения статического сопротивления ЛН.
6. Дайте краткую характеристику известных Вам методов анализа линейных и нелинейных цепей.
7. Сформулируйте метод анализа нелинейной цепи методом эквивалентного генератора.
Лабораторная работа N 4
«Изучение RC -цепи гармонического тока»
Цель работы:
· изучение цепей гармонического тока, содержащих реактивные элементы;
· приобретение навыков анализа RC – цепи с помощью электронного осциллографа и вольтметра;
· знакомство с векторными диаграммами и частотными характеристиками RC – цепи.
Схема цепи изображена на рис. 6.
Рис. 6. Схема цепи (опыт 1)
Цепь состоит из соединённых последовательно резистора R и конденсатора C, которые подключены к источнику гармонической ЭДС, имеющей вид:
Под воздействием этой ЭДС в цепи протекает гармонический ток. Напряжение на конденсаторе uc(t) при любом значении частоты ω отстаёт по фазе от тока ic(t) на 90˚, так как эти величины связаны между собой известным соотношением:
Подобные цепи находят широкое применение в электротехнических и электронных устройствах (времязадающие, фазовращающие и корректирующие цепи, различные фильтры и многие другие).
Программа
Работа состоит из двух опытов. В первом них Вы познакомитесь с осциллограммами напряжений на элементах и оцените влияние резистора на распределение напряжений в цепи; научитесь строить векторные диаграммы по результатам этих опытов и определять разность начальных фаз тока и ЭДС по показаниям вольтметра. Во втором опыте Вы познакомитесь с частотными характеристиками цепи.
Опыт 1
1. Собрать цепь, изображённую на рис. 6. Номиналы резистора R и конденсатора С определить по таблице 7. Сопротивление резистора R (использовать номинал из столбца «Опыт 1а») измерить мультиметром до установки его в наборную панель. В качестве источника колебаний использовать генератор гармонического напряжения из лабораторного блока. Этот генератор расположен в средней части блока и снабжен регуляторами амплитуды и частоты. Частота сигнала контролируется по частотомеру, встроенному в блок. Напряжение снимается с нижнего и верхнего гнёзд генератора.
|
|
|
Таблица 7
| подгруппа/ бригада | Em, В | f, Гц | C, мкФ | R, Ом | |
| Опыт 1а [R]=1 Ом | Опыт 1б [R]=1 кОм | ||||
| 1 / 1 | 10,0 | 0,1 | 1,0 | ||
| 1 / 2 | 8,0 | 0,1 | 2,2 | ||
| 1 / 3 | 8,0 | 0,1 | 2,2 | ||
| 1 / 4 | 10,0 | 0,1 | 2,2 | ||
| 2 / 1 | 8,0 | 0,1 | 1,0 | ||
| 2 / 2 | 10,0 | 0,1 | 2,2 | ||
| 2 / 3 | 10,0 | 0,1 | 2,2 | ||
| 2 / 4 | 8,0 | 0,1 | 2,2 |
2. Подключить двухканальный электронный осциллограф GOS-620 к резистору и конденсатору в строгом соответствии со схемой (рис. 6).
3. Пригласить преподавателя для проверки цепи и уточнения задания.
4. Подключить генератор к цепи и установить заданные частоту f и амплитуду E m ЭДС (табл. 7), вращая ручки "Частота" и "Амплитуда". Переключатель режима работы генератора должен стоять в положении " ~ " (синусоидальная форма напряжения). Напряжения на элементах контролировать по осциллографу, частоту – по встроенному в генератор частотомеру. Обе осциллограммы должны иметь гармонический вид.
5. Определить по осциллографу разность начальных фаз напряжений на резисторе и конденсаторе. Не забывайте, что по второму каналу осциллограф воспроизводит напряжение на конденсаторе со знаком "-" (см. рис. 6). Поэтому нажмите кнопку " Inv " на панели второго канала (инверсия, или дополнительный фазовый сдвиг на π); это приведёт к устранению нежелательного сдвига сигнала на π.
6. Отключить осциллограф от цепи. На электронном вольтметре установить переключатели предела измерений обоих каналов в положение "30 В" и подключить вольтметр к цепи (см. рис. 6) вместо осциллографа. Снять показания вольтметра. Пределы измерений по каждому каналу следует выбирать такие, чтобы отклонение стрелки было не менее трети всей шкалы. Значения напряжений занести в протокол.
7. Заменить резистор R в соответствии с табл. 7, столбец "Опыт 1б". Сопротивление резистора измерить мультиметром до установки его в наборную панель. Повторить измерения напряжений на элементах. Амплитуду Em напряжения генератора не изменяйте.
|
|
|
8. Проверьте результаты измерений (п. 6,7), используя соотношение для действующих значений ЭДС и напряжений на элементах:
(1)
Опыт 2
Изучение частотных зависимостей напряжений в RC - цепи
1. Вернуть в цепь резистор R, который был использован в п.1 (опыт 1а). Оба канала вольтметра должны быть подключены к резистору и конденсатору. Предел измерений по обоим каналам вольтметра установить равным «10 В». Изменяя частоту генератора в окрестности значения f1=1/(2πRC), добиться равенства напряжений на резисторе и конденсаторе. Занести в протокол найденное значение частоты f1 и значения напряжений на элементах.
2. Измерить напряжения на конденсаторе UC и резисторе UR для следующих значений частоты: 0,3· f1, 0,5· f1, 0,7· f1, 1,5· f1, 2,0· f1, 2,5· f1, 3,0· f1. Напряжение на зажимах источника Em поддерживать неизменным. Характер зависимости этих напряжений от частоты показан на рис. 7.
Рис. 7. Зависимость напряжений на элементах последовательной RC – цепи от частоты:
E = 1 В; f 1=2000 Гц
|
|
|
