Лабораторные работы по электротехнике

[an error occurred while processing this directive] Online Casino With Big Bonuses - visit http://casinosbanking.com .

Последовательное соединение резистора и конденсатора

Когда к цепи (рис. 6.1.1) с последовательным соединением резистора и конденсатора подается переменное синусоидальное напряжение, один и тот же синусоидальный ток имеет место в обоих компонентах цепи.

Рис. 6.1.1

Между напряжениями UR, UC и U существуют фазовые сдвиги, обусловленные емкостным реактивным сопротивлением XC конденсатора. Они могут быть представлены с помощью векторной диаграммы напряжений (рис. 6.1.2

Рис. 6.1.2

Фазовый сдвиг между током I и напряжением на резисторе UR отсутствует, тогда как сдвиг между этим током и падением напряжения на конденсаторе UC равен -900 (т.е. ток опережает напряжение на 900). При этом сдвиг между полным напряжением цепи U и током I определяется соотношением между сопротивлениями XC и R.

Если каждую сторону треугольника напряжений разделить на ток, то получим треугольник сопротивлений (рис.6.1.13). В треугольнике сопротивлений Z представляет собой так называемое полное сопротивление цепи.

Рис. 6.1.3

Из-за фазового сдвига между током и напряжением в цепях, подобных данной, простое арифметическое сложение действующих или амплитудных значений напряжений на отдельных элементах цепи невозможно. Невозможно и сложение разнородных (активных и реактивных) сопротивлений. Однако, в векторной форме

U = UR +UC.

Действующее значение полного напряжения цепи, как следует из векторной диаграммы

= Z × I

Полное сопротивление цепи

= U ¤ I

Активное сопротивление цепи

R = Z × cos j

Емкостное реактивное сопротивление цепи

XC = Z × sin j

Угол сдвига фаз

j = arctg (-UC ¤ UR) = arctg (-ХC ¤ R)

Экспериментальная часть

Задание

Для цепи с последовательным соединением резистора и конденсатора измерьте и вычислите действующие значения падений напряжения на резисторе UR и конденсаторе UC, ток I, угол сдвига фаз j, полное сопротивление цепи Z и емкостное реактивное сопротивление XC и активной сопротивление R.

Порядок выполнения работы

Соберите цепь согласно схеме (рис. 6.1.4), подсоедините регулируемый источник синусоидального напряжения и установите его параметры: U = 5 В, f = 1 кГц.

Рис. 6.1.4

Выполните мультиметрами или виртуальными приборами измерения действующих значений тока и напряжений, указанных в табл. 6.1.1. При измерениях напряжений подключайте мультиметр или канал V0 коннектора к зажимам C-E, C-D, D-E:

Таблица 6.1.1.

U, B

UR, B

UC, B

I, мА

j, град

R, Ом

XC, Ом

Z, Ом

Примечание

Расчет

Вирт. Изм

Вычислите:

Фазовый угол

j = arctg (UC ¤ UR) =

Полное сопротивление цепи

Z = U ¤ I =

Активное сопротивление цепи

R = Z ×cos j

Емкостное реактивное сопротивление цепи

XC = Z ×sin j

Если вы работаете с виртуальными приборами, то измерьте с помощью блока «Приборы II» R, j, XC, Z и запишите их значения также в таблицу 6.1.1 под рассчитанными величинами. Сравните результаты.

Выберите масштабы и постройте векторную диаграмму напряжений (рис. 6.1.5) и треугольник сопротивлений (рис. 6.1.6).

Рис. 6.1.5 Рис. 6.1.6


Параллельное соединение резистора и конденсатора

Когда к цепи (рис. 6.2.1) с параллельным соединением резистора и конденсатора подается переменное синусоидальное напряжение, одно и то же напряжение приложено к обоим компонентам цепи.

Рис. 6.2.1

Общий ток цепи I разветвляется на ток в конденсаторе IC (емкостная составляющая общего тока) и ток в резисторе IR (активная составляющая).

Между токами I, IC и IR существуют фазовые сдвиги, обусловленные емкостным реактивным сопротивлением XC конденсатора. Они могут быть представлены с помощью векторной диаграммы токов (рис. 6.2.2).

Рис. 6.2.2

Рис. 6.2.3

Фазовый сдвиг между напряжением U цепи и током в резисторе IR отсутствует, тогда как между этим напряжением и током в конденсаторе IC равен –900 (т.е. ток опережает напряжение на 900). При этом сдвиг между полным током I и напряжением U цепи определяется соотношением между проводимостями BC и G. Разделив каждую сторону треугольника токов на напряжение, получим треугольник проводимостей (рис. 6.2.3).

В треугольнике проводимостей G=1/R, BC=1/XC, а Y представляет собой так называемую полную проводимость цепи в См, тогда как G – активная, а BC – реактивная (емкостная) проводимости.

Из-за фазового сдвига между током и напряжением в цепях, подобных данной, простое арифметическое сложение действующих или амплитудных токов в параллельных ветвях невозможно. Но в векторной форме:I = IR +IC.

Расчет ведется по следующим формулам, вытекающим из векторной диаграммы и треугольника проводимости:

Действующее значение полного тока цепи

; I = U ¤ Z = UY.

Полная проводимость цепи

; Y = I ¤U = 1/Z ,

где Z - полное сопротивление цепи.

Угол сдвига фаз

j = arctg (I C ¤ IR) = arctg (BC ¤ G).

Активная и реактивная проводимости

G = Y cosj; BC = Y sinj.

Экспериментальная часть

Задание

Для цепи с параллельным соединением резистора и конденсатора измерьте действующие значения тока в резисторе IR и конденсаторе I C, полный ток I и вычислите угол сдвига фаз j, полное сопротивление цепи Z и емкостную реактивную проводимость BC.

Порядок выполнения работы

Соберите цепь согласно схеме (рис. 6.2.4), подсоедините регулируемый источник синусоидального напряжения и установите его параметры: U = 5 В, f = 1 кГц.

Рис. 6.2.4

Выполните измерения U, I, IC, IR и занесите результаты в табл. 6.2.1. Если измерения производите виртуальными приборами, то измерьте также R, j, XC, Z.

Таблица 6.2.1

U, B

I, мА

IС, мА

IR, мА

j, град

R, Ом

XC, Ом

Z, Ом

Примечание

Расчет

Вирт. Изм

Вычислите и запишите в таблицу:

Фазовый угол

j = arctg (I C ¤ I R) =

Активные проводимость цепи и сопротивление цепи

G = IR ¤ U ; R = U ¤ IR.

Емкостные реактивные проводимость и сопротивление цепи

BC = IC ¤ U ; XC = U ¤ IC.

Полные проводимость и сопротивление цепи

; Z = 1 ¤ ÖY.

Сравните результаты вычислений с результатами виртуальных измерений (если они есть).

Постройте векторную диаграмму токов (рис. 6.2.5) и треугольник проводимостей (рис. 6.2.6).

Рис. 6.2.5 Рис. 6.2.6

Начертательная геометрия, физика полупроводников