ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ
В ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ
Цель работы
Исследовать переходные процессы в цепяхRC, RL, RLC при подключении их к источнику постоянного напряжения.
Подготовка к работе
1. Изучить разделы курса по конспектам лекций и учебникам [1-3].
Номер бригады | ||||||||||
L, мГн |
2. Выполнить расчеты. Исходные данные взять из таблицы согласно номеру бригады.
2.1. Для схемы (рис. 13.1) найти напряжения на элементах R и L и начертить их графики. Определить постоянную времени цепи . При расчетах принять R = 1 кОм, ЕО = 2 В.
Рис. 13.1 |
2.2. Для схемы (рис. 13.2) найти напряжения на
элементах R и C и начертить их графики.
Определить постоянную времени . При расчетах принять R=24 кОм, С=8000 пФ,
ЕО=2 В.
Рис. 13.2 |
2.3. Для последовательной RLC схемы (рис. 13.3) записать выражения и начертить качественно графики изменения напряжения на элементах
R и C для случаев апериодического и
колебательного процессов. Выразить через параметры схемы частоту собственных колебаний контура и коэффициент
затухания .
Рис. 13.3 |
2.4. Подготовить бланк отчета, поместив в нем исходные данные, схемы рабочих цепей, результаты расчетов, графики.
Описание установки
Элементы исследуемой цепи собраны внутри блока. На его лицевой панели с помощью контактных гнезд закреплены выводы и показаны условные изображения элементов R, L, C, переключателей и переменного сопротивления (R4).
Для сборки цепи используются проводники с наконечниками, с помощью которых соединяются гнезда, показанные на схеме. Питание цепи осуществляется от генератора прямоугольных импульсов типа Г5-54. Длительность импульса выбрана такой, что переходный процесс в цепи практически заканчивается за время действия импульса. Длительность паузы между импульсами выбрана такой, что в цепи после прекращения импульса переходный процесс также практически заканчивается. Выбранные соотношения длительностей позволяют моделировать реакцию цепи при подключении ее к источнику постоянного напряжения путем исследования реакции цепи во время действия импульса той же величины.
Напряжение на выходе генератора контролируется по пиковому вольтметру, встроенному в генератор.
Наблюдение формы кривых напряжения осуществляется с помощью однолучевого осциллографа С1-72.
Выполнение работы
1. Для наблюдения импульсов на выходе генератора собрать цепь, изображен-ную на рис. 13.4. Установить частоту повторения импульсов равной 100 Гц, длительность импульса - 1000 мкс. Ампли-туду импульса установить равной 2 В.
Рис. 13.4 |
Рекомендуется использовать ждущий режим работы осциллографа (кнопка нажата). В этом режиме синхроимпульсы с генератора Г5-54 (Г) подаются на запуск развертки осциллографа С1-72. Для наблюдения реакции на включение напряжения следует установить задержку основного импульса относительно синхронизирующего около 10 мкс.
2. Переходный процесс в RL-цепи.
2.1. Собрать цепь по схеме рис. 13.5.
Рис. 13.5 |
2.2. Переключатель П1 поставить в положение «I». Переключатель П2 (на рис. 13.5 не показан), изменяющий величину резистора R1, также установить в положение «I». Зарисовать осциллограмму напряжения на резисторе R1 и определить постоянную времени цепи. Сопоставить результаты с расчетными.
2.3. Для наблюдения осциллограммы напряжения на катушке перевести П1 в положение «II». Зарисовать осциллограмму и сопоставить с расчетной.
2.4. Изменить величину резистора путем переключения П2 в положение «II». Зарисовать осциллограммы напряжений согласно пп.2.2 и 2.3.
3. Переходный процесс в RC-цепи.
3.1. Собрать цепь по схеме рис. 13.6.
Рис. 13.7 |
3.2. Переключателем П3 (П2 и П3 на рис. 13.6 не показаны) установить емкость конденсатора С=8000 пФ, П1 поставить в положение «II», П2 - в положение «II». Зарисовать осциллограмму напряжения на конденсаторе. Определить постоянную времени цепи. Сопоставить полученные результаты с расчетными.
3.3. Зарисовать осциллограмму напряжения на резисторе R2, предварительно установив П1 в положение «I». Сопоставить с расчетной.
Рис. 13.6 |
3.4. Переключателем П2 изменить величину резистора путем установки П2 в положение «I». Зарисовать осциллограммы напряжений на резисторе и конденсаторе согласно пп.3.2 и 3.3.
4. Переходный процесс в RLC- цепи.
4.1. Собрать цепь по схеме рис. 13.7.
4.2. Колебательный процесс.
Для наблюдения осциллограммы напряжения на резисторе R4 установить П1 в положение «I», П2 - в положение «IV». Переключателем П3 установить емкость конденсатора С=8000 пФ. Плавно изменяя величину сопротивления резистора R4, добиться затухающего колебательного процесса, при котором за длительность переходного процесса наблюдается около трех периодов колебаний. Зарисовать осциллограмму напряжения. По ее виду определить частоту собственных колебаний и коэффициент затухания.
4.3. Апериодический процесс.
Увеличивая величину сопротивления резистора R4, добиться момента исчезновения колебаний, что соответствует критическому режиму. Продолжая увеличивать сопротивление резистора R4, получить апериодический процесс. Зарисовать осциллограммы напряжений на резисторе R4 для обоих случаев.
Контрольные вопросы
1. Как формулируются законы коммутации?
2. Что понимают под независимыми и зависимыми начальными условиями?
3. Как составляется характеристическое уравнение?
4. Что понимают под принужденным и свободным режимами? Каков их смысл?
5. Что такое постоянная времени цепи первого порядка? Как ее определить по осциллограмме переходного процесса?
6. Как определить частоту собственных затухающих колебаний и коэффициент затухания по осциллограмме переходного процесса?
РАБОТА № 14
ИССЛЕДОВАНИЕ
ПЕРЕХОДНЫХ И ИМПУЛЬСНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
Цель работы
1. Рассчитать и измерить переходные и импульсные характеристики линейных цепей.
2. Рассчитать реакцию цепи на прямоугольный импульс и объяснить динамику переходных процессов.
Подготовка к работе
1. Изучить рассматриваемую тему по конспектам лекций и одному из учебников [1-3].
2. Выполнить расчеты. Исходные данные взять из таблицы, ЕО=2 В, С=8 нФ.
2.1. Для цепи RL (рис. 14.1, R=1 кОм) рассчитать переходную и импульсную характеристики. Построить графики полученных функций и убедиться в их соответствии друг другу.
Рис. 14.1 |
2.2. Для цепи RC (рис. 14.2, R=24 кОм) рассчитать и построить переходную и импульсную характеристики. Убедиться в их соответствии друг другу.
Рис. 14.2 |
2.3. Для цепи RLC (рис. 14.3, R=0.15RКР) рассчитать переходную и импульсную характеристики, построить графики полученных функций и убедиться в их соответствии друг другу.
3. Подготовить бланк отчета.
4. Ознакомиться с описанием установки.
Рис. 14.3 |
Номер бригады | ||||||||||
L, мГн |