Лабораторные работы по электротехнике

Последовательное соединение конденсаторов

Когда несколько конденсаторов соединены последовательно, эквивалентная емкость цепи меньше емкости наименьшего конденсатора. Вычисляется она по формуле:

CЭ = 1 ¤ (1 ¤ C1 + 1 ¤ C2 + 1 ¤ C3 +...).

Если последовательно соединено только 2 конденсатора, общая емкость равна

CЭ = C1 × C2 ¤ (C1 + C2).

Падения напряжения на отдельных конденсаторах обратно пропорциональны соответствующим емкостям и их сумма равна общему напряжению SUc. Ток в любой точке последовательной цепи с конденсаторами один и тот же.

Экспериментальная часть

Задание

Убедитесь путем измерения тока и напряжения, что при последовательном соединении конденсаторов общая емкость цепи меньше емкости наименьшего конденсатора.

Порядок выполнения эксперимента

Соберите цепь согласно схеме (рис. 4.3.1) и подсоедините регулируемый источник синусоидального напряжения с параметрами U = 5 В и f = 2 кГц.

Рис. 4.3.1

Измерьте с помощью мультиметра или виртуальных приборов А1 и V1 действующие значения тока в цепи, приложенного напряжения и напряжения на каждом конденсаторе. Результаты измерений занесите в табл. 4.3.1

Таблица 4.3.1

I, мА

U, В

UC1, В

UC2, В

UC3, В

Рассчитайте емкостные реактансы и емкости.

Проверьте эквивалентную емкость цепи расчетом.

Вычисление емкостных реактансов:

XC1 = UC1 ¤ IС =

XC2 = UC2 ¤ IС =

XC3 = UC3 ¤ IС =

XЭ = U ¤ I =

Вычисление угловой частоты:

w = 2 ×p × f =

Вычисление емкостей:

C1 = 1 ¤ (w × XC1) =

C2 = 1 ¤ (w × XC2) =

C3 = 1 ¤ (w ×XC3) =

CЭ = 1 ¤ (w × XЭ ) =

Проверка эквивалентной емкости цепи расчетом:

1/CЭ = 1 ¤ (1 ¤ C1 + 1 ¤ C2 + 1 ¤ C3) =

Проверьте эквивалентные реактанс и емкость цепи непосредственными измерениями с помощью виртуальных приборов. Для этого включите блок «Приборы II». В первом приборе выберите функцию «реактивное сопротивление Х» и «подключите» его к V1 и А1. Во втором приборе выберите функцию «Частотомер» и «подключите» его к V1. Третий прибор запрограммируйте на вычисление емкости. Для этого введите аргументы расчетной формулы х7 и х8 (т.е. Х и f) и саму расчетную формулу:

y = -1 / (2*3,14*x8*x7)

Нажмите клавишу «Начать счет» и Вы получите результат вычисления – емкость в фарадах. Переведите ее в микрофарады и запишите результат:

СЭ = … мкФ.

Параллельное соединение конденсаторов

При параллельном соединении конденсаторов (рис.4.4.1) эквивалентная емкость цепи равна сумме емкостей отдельных конденсаторов:

CЭ = C1 + C2 + C3 + ...

Рис. 4.4.1

Токи в параллельных ветвях (конденсаторах) пропорциональны соответствующим емкостям, причем сумма токов ветвей равна общему току цепи I. Напряжения на всех конденсаторах одинаковы и равны U.

Экспериментальная часть

Задание

Убедитесь путем измерения токов и напряжений, что эквивалентная емкость цепи с параллельным соединением конденсаторов равна сумме емкостей отдельных конденсаторов.

Порядок выполнения эксперимента

Соберите цепь согласно схеме (рис. 4.4.2), подсоедините регулируемый источник синусоидального напряжения с параметрами U = 5 В и f = 1 кГц. Напряжение и частоту источника установите с помощью мультиметра.

Рис. 4.4.2

Измерьте мультиметром или виртуальным прибором общий ток цепи I, токи параллельных ветвей I1, I2, I3 и напряжения на конденсаторах U, занесите данные измерений в табл. 4.4.1

Таблица 4.4.1

U, В

I, мА

I1, мА

I2, мА

I3, мА

Вычислите емкостные реактансы XЭ, XC1, XC2, XC3 по формуле XC =U ¤ IС.

Определите емкости отдельных конденсаторов и эквивалентную емкость цепи по формуле C = 1 ¤ (w × XC), где w = f = 1/С.

Проверьте вычислениями величину емкости CЭ, найденную экспериментально.

Вычисление емкостных реактансов:

XC1 = UC1 ¤ IС1 =

XC2= UC2 ¤ IС2 =

XC3= UC3 ¤ IС3 =

XЭ= U ¤ I =

Вычисление емкостей :

C1 = 1 ¤ (w × XC1) =

C2 = 1 ¤ (w ×XC2) =

C3 = 1 ¤ (w ×XC3) =

CЭ = 1 ¤ (w × SXC) =

Проверка эквивалентной емкости расчетом :

CЭ = C1 + C2 + C3 =

электронная библиотека читать книги онлайн
Начертательная геометрия, физика полупроводников