 |
Изучение частотных зависимостей RL - цепи
|
|
|
|
1. Вернуть в цепь резистор R, который был использован в п.1 (опыт 1а). Канала вольтметра должны быть подключены к резистору и катушке. Предел измерений по обоим каналам вольтметра установить равным «10 В». Изменяя частоту генератора в окрестности значения f 1= R /(2π L), добиться равенства напряжений на резисторе и катушке. Занести в протокол найденное значение частоты f 1 и значения напряжений на элементах.
2. Измерить напряжения на катушке U L и резисторе U R для следующих значений частоты: 0,3· f 1, 0,5· f 1, 0,7· f 1, 1,5· f 1, 2,0· f 1, 2,5· f 1, 3,0· f 1. Напряжение на зажимах источника Em поддерживать неизменным. Результаты занести в таблицу.
Обработка результатов измерений
1. По результатам опыта 1 построить две векторные диаграммы в одной системе координат. Для этого достаточно построить треугольник по трём сторонам с помощью циркуля и линейки. Начальную фазу ЭДС E генератора считать равной нулю. На диаграммы нанести векторы тока. Действующие значения тока I в цепи определить по закону Ома и измеренным сопротивлениям. Объяснить физические причины влияния сопротивления на вид диаграммы.
2. Вычислить значение индуктивности L, используя выражение для индуктивного сопротивления x L и результаты измерений в опыте 1б. Сравните полученное значение с номинальным, указанным на катушке.
3. По результатам измерений в опыте 2 построить графики зависимостей K L (f)=U L (f)/E и
K R (f)=U R (f)/E (амплитудо-частотная характеристика, или АЧХ).
4. Для частоты f 1 построить векторную диаграмму и объяснить её особенности.
5. По результатам измерений и обработки сделать выводы.
Контрольные вопросы
1. Объясните, почему и насколько напряжение на резисторе отстаёт по фазе от напряжения на катушке в последовательной RL – цепи.
|
|
|
2. Объясните, почему при увеличении частоты ток в RL - цепи уменьшается, а напряжение на катушке - увеличивается.
3. Объясните, почему на частоте f 1= R /(2πL) напряжения на элементах RL - цепи равны по модулю.
4. Обоснуйте величину разности начальных фаз тока и напряжения для идеальной индуктивности.
5. Поясните суть построения векторной диаграммы RL - цепи по показаниям вольтметра.
6. Поясните, как с помощью вольтметра оценить в RL - цепи разность начальных фаз тока и ЭДС.
7. Дайте определение коэффициента мощности. Приведите соотношения для вычисления активной, реактивной и полной мощностей комплексной нагрузки.
Лабораторная работа №6
«Последовательная RLС -цепь, резонанс напряжений»
Цель работы:
Изучить явление резонанса напряжений в последовательной RLC - цепи.
Резонанс напряжений в последовательном RLC - контуре возникает на некоторой частоте f 0, на которой выполняется соотношение:
.
Из этого соотношения следует значение резонансной частоты:
.
Комплексные напряжения на реактивных элементах, будучи всегда противофазными, на частоте f 0 оказываются равными по модулю и в сумме дают ноль. В результате этого эквивалентное сопротивление контура при резонансе оказывается чисто активным (омическим), а ток в контуре достигает максимального значения и совпадает по фазе с приложенной ЭДС. Амплитуды напряжений на реактивных элементах при резонансе могут превышать амплитуду ЭДС в десятки и сотни раз. Это соотношение получило название – добротность контура Q. В лабораторных работах добротность контуров специально уменьшена и не превышает значения Q =10.
Программа
1. Собрать последовательную RLC - цепь на наборной панели, подключить генератор синусоидального напряжения и измерительные приборы. Схема цепи изображена на рис. 9. Сопротивление резистора R предварительно измерить. Амплитуда ЭДС генератора E m и номинальные значения элементов (R, L, C) даны в таблице 9.
|
|
|
Рис. 9. Схема последовательной RLC - цепи
Таблица 9
| № бригады | E m, В | R, Ом | L, мГн | C, мкФ |
| 0,1 | ||||
| 0,1 | ||||
| 0,01 | ||||
| 0,47 |
2. Пригласить преподавателя для проверки цепи и уточнения программы работы.
3. Установить заданную амплитуду ЭДС генератора E m и поддерживать её постоянной в ходе всей работы. Изменяя частоту генератора и контролируя по осциллографу разность начальных фаз тока и ЭДС, добиться резонанса напряжений. Занести в протокол значение резонансной частоты f 0, измерить напряжения с помощью вольтметра на резисторе и реактивных элементах.
4. Определить частоты, на которых напряжения на реактивных элементах достигают максимальных значений. Значения этих частот (не равные частоте f 0) и соответствующие напряжения на реактивных элементах занести в протокол.
5. Дальнейшие измерения проводить на частотах 0,4 f 0, 0,6 f 0, 0,8 f 0, f 0, 1,2 f 0, 1,5 f 0 и
2 f 0 , вычислив их предварительно. Для каждой из этих частот измерить напряжений на всех элементах ( R, L и C ). При этом рекомендуется следующий порядок измерений:
· измерить напряжения на реактивных элементах для всех вычисленных в п. 5 частот, увеличивая частоту от 0,4 f 0 до 2 f 0;
· отключить один канал вольтметра от любого реактивного элемента и подключить его к резистору;
· уменьшая частоту, измерять напряжения на резисторе для этих же значений частоты.
6. Все результаты занести в протокол в виде таблицы.
|
|
|
