Цель работы – исследование явление резонанса напряжений в цепи при последовательном соединении элементов R, L, C; построение векторных диаграмм.


Элементы и приборы. Блоки: переменного сопротивления R4=1999 Ом, переменной индуктивности L4=0,199,9 мГн, переменной ёмкости C4=0,019,99 мкФ; генератор сигналов низкочастотный (ГСН); двухканальный осциллограф; цифровой вольтметр.


Порядок выполнения работы.


Экспериментальная часть.


1. Для исследования резонанса напряжений собрать цепь по схеме (а).

а) б)

2. Установить значения: сопротивления блока переменного сопротивления R4=100 Ом; индуктивности блока переменной индуктивности L4=99,9 мГн; ёмкости блока переменной ёмкости C4=0,1 мкФ; частоты генератора f=500 Гц. Подключить к гнёздам 1 и 3 вольтметр. Вращением ручки генератора «регулировка вых.» установить напряжение на входе цепи (а) U=5 В.

3. Снять частотные зависимости UR(f), UL(f), UC(f) на элементах R, L, C – цепи (а) и угла сдвига фаз (f) между напряжением и током на входе цепи от частоты. Определить частоты f0, fL, fC, соответствующие максимумам зависимостей UR(f), UL(f), UC(f), и граничные частоты f1 и f2 полосы пропускания характеристики UR(f). Для этого:

f0=1490 Гц UR(f0)=2,56 В

fC=1480 Гц UC(fC)=23,97 В

fL=1500 Гц UL(fL)=23,1 В

а) изменяя частоту генератора в пределах 5002000 Гц и измеряя вольтметром или осциллографом (б) напряжение UR на сопротивлении R4, определить частоту f0, при которой UR максимально. Определить частоты f1<f0 и f2>f0, при которых UR(f1)=UR(f2)0,707UR(f0).

UR(1660)=UR(1340)=1,81 В

Т а б л и ц а 1

Результаты измерений

Результаты вычислений

f, Гц

UR, В

UL, В

UC, В



I, А

Z, Ом

2200

0,56

7,7

3,5


0,0084

593,82

2000

0,86

9,9

6,02


0,0073

677,65

1800

1,26

12,8

16,69


0,0064

777,66

1200

1,07

9

12,63


0,0039

1255

1000

0,62

18,9

8,73


0,0032

1532

800

0,4

2

6,95


0,0025

1942

На частотах f0, f1, f2 измерить угол сдвига фаз между напряжением u и током i на входе цепи. Для измерения угла подключить осциллограф по схеме (б). Измерить UR и ещё для трёх значений частоты меньших f1 приближённо в 2,4 и 8 раз, и для трёх значений частоты, больших f2 приближённо в 2,4 и 8 раз. Результаты записать в таблицу 1, значения f0, f1, f2 занести также в таблицу 2;

(1490)=0 (1340)=-45 (1660)=45

Т а б л и ц а 2

Параметры цепи

Результаты измерений

п/п

R, Ом

L, Гн

C, мкФ

f0, Гц

f1, Гц

f2, Гц

fL, Гц

fC, Гц

UR, В

UL, В

UC, В

1

100

99,9

0,1

1490

1340

1660

1500

1480

2,56

23,1

23,97

2

300

99,9

0,1

1595

1371

1850

1630

1555

4,99

16,85

16,85

3

900

99,9

0,1

1596

1030

2464

2055

1232

4,99

6,21

6,21

4

100

50

0,2

1596

1440

1759

1607

1576

4,99

25,12

25,12

б) изменяя частоту в пределах 2002000 Гц, измерить при помощи вольтметра или осциллографа напряжение UL на катушке индуктивности при 10-12 значения частоты (включая f=f0). Плавным изменением частоты максимума зависимости UL(f). Измерить напряжение UL(fL). Результаты записать в таблицу 1 и 2;

в) снять частотную зависимость напряжения UC на конденсаторе от частоты UС(f) аналогично п. 3, б и определить частоту максимума зависимости fC. Результаты записать в таблицу 1 и 2.

4. Исследовать влияния значения R на частотные характеристики резонансной цепи. Для этого:

а) установить в схеме (а) R4=300 Ом;

б) определить значения частот f0, f1, f2 и напряжения UR(f0), как и в п. 3, а, а также значения частот fL, fC и напряжений UL(f0), UC(f0), UL(fL), UC(fC), как и в пп. 3, б и 3, в. Результаты записать в таблицу 2;

в) повторить п. 4, б для R4=900 Ом;

г) установить следующие значения элементов цепи (а) L4=50 мГн; C4=0,2 мкФ; R4=100 Ом. Повторить п. 4, б.


Расчётная часть.


1. Заполнить два правых столбца таблицы 1, вычисляя значения тока I и полного сопротивления цепи Z.

2. Используя данные таблицы 1, построить на одном графике зависимости UR(f), UL(f), UC(f) и на отдельных графиках – зависимости Z(f) и (f).


Синяя – UR Красная – UC Зелёная - UL



3. По результатам экспериментов таблиц 1 и 2 определить для каждого сочетания элементов R, L, C значения полосы пропускания f, волнового сопротивления ZB и добротности Q. Результаты записать в таблицу 3.

Т а б л и ц а 3

Результаты измерений

Результаты вычислений

п/п

f, Гц

ZB

Q

f0, Гц

f, Гц

fL, Гц

fC, Гц

Q

ZB

1

320

999,5

9,99

1593

159

1596

1587

9,99

999,5

2

479

999,5

3,33

1593

480

1629

1554

33,3

999,5

3

1434

999,5

1,11

1593

1434

1998

1197

1,11

999,5

4

319

15,81

0,158

1593

318

1608

1575

0,158

15,81

4. Рассчитать теоретически f0, f, ZB, Q, fL, fC по известным значениям элементов R, L, C и записать в таблицу 3. Сравнить экспериментальные результаты с расчётными.

5. Используя результаты измерений п. 4 экспериментальной части для сочетания величин R4=100 Ом, L4=100 мГн, C4=0,1 мкФ, построить векторную диаграмму напряжений при резонансе.







Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.