Порядок выполнения работы.

Часть I. Проверка выполнения законов Ома и Кирхгофа для неразветвленной и разветвленной электрических цепей.

1. Собрать схему с последовательным соединением приемников, представленную на рис.1.1а.

Измерить c помощью мультиметра значения сопротивлений резисторов R1, R2, R3 в положении переключателя SA “0” и установить значение ЭДС источника Е=15В, подключив блок питания к сети 220 В. В качестве миллиамперметра и вольтметра подключить к схеме мультиметры с пределами измерения 200 мА и 20 В, соответственно.

2. Определить внутреннее сопротивление r₀ источника ЭДС Е.

Для этого измерить значения токов и соответствующих напряжений в положениях “1” и “2” переключателя SA.

₁ , R = R₁ + R₂ + R₃ – ток, измеренный при SA в положении “1”,

- ток в позиции “2” переключателя SA.

Из этих соотношений следует

, .

3. Рассчитать по закону Ома ток в цепи и значения напряжений на резисторах формулам:

, , , .

Результаты расчета занести в таблицу 1.

4. Измерить значения тока I и падения напряжений на резисторах R1, R2, R3, подключая поочередно вольтметр параллельно резисторам (S1 в положении 1). Результаты измерений записать в таблицу 1.

 

Таблица 1

Сопротив ление, Ом	Ток, мА (расчет)	Напряжение, В (расчет)	Ток I в цепи, мА (измерение),	Напряжение, В (измерение)

 

5. Проверить выполнение второго закона Кирхгофа для исследованной выше цепи, подставив в уравнение закона соответствующие результаты измерения напряжений из табл. 1.

6. Построить потенциальную диаграмму исследованной цепи.

7. Для проверки выполнимости первого закона Кирхгофа собрать схему со смешанным соединением приемников, представленную на рис. 1.1б). Значения Е, r₀, R1, R2 те же, что и в схеме 1, R3 установить равным 600 Ом. В качестве миллиамперметра рА₁ подключить мультиметр с пределом измерения 200 мА.

Рассчитать эквивалентное сопротивление всей цепи, ток в первой ветви, падения напряжений , , равное , и соответствующие значения токов второй и третьей ветви и .

, , ,

8. Измерить токи , и , напряжения на элементах цепи , и напряжение на входных зажимах цепи U.

Результаты расчетов (п.7) и измерений (п.8) занести в таблицу 2.

 

Таблица 2

Сопротив ление, Ом	Ток, мА (расчет)	Напряжение, В (расчет)	Ток, мА (измерение),	Напряжение, В (измерение)

 

9. Записать уравнение I закона Кирхгофа и, подставив в него значения токов, измеренных в п. 8, сравнить результаты расчета и измерений.

Сравнить баланс мощностей для исследованной цепи :

и убедиться, что она примерно равна сумме мощностей приемников (потребителей).

10. Снять и построить на одном рисунке графики функций
I₁, I₂, I₃, U₁, U₂, P=f(R₃).

Изменяя сопротивление R₃ (5…7 значений), измерять и записывать в таблицу 3 значения искомых токов и напряжений.

Для каждого из установленных значений сопротивления R₃ рассчитать величины, указанные в таблице 3. Полная мощность, потребляемая приемником, определяется по формуле P=U×I, где U и I – соответственно напряжение и ток на входных зажимах электрической цепи

 

Таблица 3

Измерение	Расчет
R3	· U	U1	U2	I1	I2	I3	U1+U2	I2+I3	P
Ом	В	мА	· В	· мА	мВт
							·	·	·

 

По опытным данным табл. 1.3 сделать выводы о выполнении первого и второго законов Кирхгофа, а также баланса мощностей.

Убедитесь, что выполняются первый и второй законы Кирхгофа, а именно:

I ₁ = I ₂ + I ₃;

U ₁ = U ₁ + U _2,3.

 

Часть II. Исследовать свойства пассивных элементов (R, L, C) в цепи переменного тока.

Собрать схему, представленную на рис. 1.2 а). (SA в позиции 1). Установить в генераторе частоту синусоидального сигнала f = кГц, регулятор выходного напряжения – в среднее положение, пределы измерения мультиметров 200 мА и 20 В соответственно.

1. Включить генератор, определить показания миллиамперметра и

вольтметра для резистора R = 510 Ом и занести их в таблицу 4.

2. Повторить измерения для конденсатора С = мкФ (SA в позиции 2) и для катушки индуктивности L = мГн (SA в позиции 3). Выключить приборы. Результаты измерений и вычислений записать в таблицу 4. Некоторые величины определяются в п.3.

Таблица 4

Эле- мент

U

Um

I

Im

j

Q

S

P

R

C

L

XC= 1/wC

XL= wL

В

мА

°

Вар

ВА

Вт

Ом

мкФ

мГн

Ом

Ом

R=510 Ом

С= мкФ

L= мГн

3. Исследовать амплитудные и фазовые соотношения между напряжениям и током для R, L, C элементов.

3.1. Исследовать амплитудные и фазовые соотношения между напряжениями и током длярезистора R= 510 Ом.

Для этого собрать схему, приведенную на рис. 1.2б). В этой схеме резистор R₀ подключается последовательно с исследуемым элементом (R, L или C) и служит для преобразования тока в напряжение. Временная диаграмма по каналу 2 осциллографа (осциллограмма) соответствует временной диаграмме тока в цепи, а по каналу 1 – напряжению на исследуемом элементе.

Выход генератора и входы осциллографа подсоединить к схеме с помощью коаксиальных кабелей. Установить в генераторе частоту f = кГц, регулятор выходного напряжения – в среднее положение, в осциллографе – 2-х канальный режим, внутреннюю синхронизацию, чувствительности входов - I - /дел., II - /дел.

Включить генератор и осциллограф. Получить устойчивые осциллограммы напряжения (канал I) и тока (канал II) на элементе R (L или C) и зарисовать их в отчет. Измерить с помощью осциллографа амплитуды напряжения U_m= N_I*Мy_I и тока I_m=(N_II*My_II)/ R₀, где Мy_I, N_I и My_II, N_{I I} масштаб (цена деления шкалы) по вертикали канала I и II – соответственно, R₀=10 Ом. Определить сдвиг фаз между током и напряжением (с учетом знака) j = j_u - j_i = 360⁰ t_j /T, где t_j - временной сдвиг между током и напряжением, T=1/f - период. Временной сдвиг t_j= N*M_XI, где M_XI –масштаб времени канала I, N – количество делений между осциллограммами (по горизонтали). Результаты измерений записать в таблицу 4.

3.2. Повторить измерения для катушки индуктивности L = мГн.. Результаты измерений занести в табл. 4.

3.3. Повторить измерения для конденсатора С= мкФ. Результаты измерений занести в табл. 4.

3.4. Построить векторную диаграмму тока и напряжения для резистора, катушки, индуктивности и конденсатора.

Выключить питание генератора и осциллографа.

 

Содержание отчета

1. Название и цель работы.

2. Схемы исследованных электрически цепей.

3. Таблицы с экспериментальными данными.

4. Результаты расчетов по проверке выполнения законов Ома и Кирхгофа.

5. Графики функций I₁, I₂, I₃, U₁, U₂, P=f(R₃), потенциальную диаграммудля схемы со смешанным соединеним приемников.

6. Временные диаграммы (осциллограммы) токов и напряжений на исследованных пассивных элементах.

7. Выводы по полученным результатам.

 

1.5.Контрольные вопросы

1. Что такое электрическая и электронная цепь? Дайте определение узла, ветви, контура электрической цепи и назовите их основные свойства.

1. Как вычислить токи в параллельных пассивных ветвях при известных сопротивлениях ветвей и токе неразветвлённого участка?

2. Как экспериментально определить величину сопротивления участка электрической цепи, ЭДС и внутреннее сопротивление источника?

3. Назовите основные свойства последовательного и параллельного

соединений. Дайте определение эквивалентного элемента, заменяющего собой несколько элементов.

4. Как составляется уравнение баланса мощностей электрической цепи? Что оно означает?

5. Как вычислить токи в параллельных пассивных ветвях при известных сопротивлениях ветвей и токе неразветвлённого участка?

6. Сформулируйте и напишите закон Ома для участка цепи и для полной цепи.

7. Сформулируйте первый и второй законы Кирхгофа. Запишите для них

соответствующие формулы

8. Что такое активное, емкостное, индуктивное, реактивное, полное сопротивления? Как они связаны между собой?

9. Каков фазовый сдвиг между током и напряжением в цепи с конденсатором; с

10. Запишите закон Ома и уравнение первого и второго законов Кирхгофа как для мгновенных так и для комплексных значений токов и напряжений.

11. Начертите треугольник сопротивлений и, руководствуясь им, напишите формулы, выражающие: а) полное сопротивление цепи; б) активное и реактивное сопротивления цепи; в) угол сдвига фаз φ тока по отношению к напряжению.

 

Литература

2. Быстров Ю.А. Электронные цепи и устройства. Учебное пособие для вузов /Ю.А. Быстров, И.Г. Мироненко. – М.: Высшая школа, 1989.

3. Ю.А. Комисаров, Г.Н. Евбокин. Общая электротехника и электроника. – М.: Химия, 2010.

4. Попов В.П. Основы теории цепей. – М.: Высшая школа, 2007.

5. Blajă Valeriu. Electronica: Dispozitive şi circuite electronice: Ciclu de prelegeri / Valeriu Blajă; Univ. Teh. a Moldovei, Fac. Energetică, Cat. Electromecanică. - Ch.: U.T.M., 2005. - 200 p.: fig. - Bibliogr. p. 195-196.

ISBN 9975-9875-9-1

CZU 621.38 B 56 (Colecţia ştiinţifică - 1 ex.; Biblioteca filială

FCIM- 5 ex.)

 

 

12	Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: