4

Работа № 1. СТЕНД И ПРИБОРЫ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ.

Цель работы - изучение устройства стенда ЛКТЦ (лабораторный комплекс по теории цепей), принципа действия его отдельных функциональных блоков и выполнение измерений некоторых электрических величин.

1. Основные положения теории

1. Стенд ЛКТЦ

Используемый при проведении лабораторных работ стенд ЛКТЦ состоит из нескольких основных блоков (рис. 1.1, наклонные панели активных и пассивных элементов не показаны).

Блок генераторов размещен в левой верхней части стенда и состоит, в свою очередь, из трех отдельных плат Г1 (задающий генератор), Г2 (преобразователь) и Г3 (усилитель мощности). На передней панели платы Г1 расположены переключатель диапазонов частот на три положения (0,2 – 2 кГц, 2 – 20 кГц, 20 – 200 кГц), регулятор плавного изменения частоты Плавно, частотомер стрелочного типа. Частотомер имеет пределы измерения 2, 20 и 200 кГц в зависимости от положения переключателя диапазонов частоты. При проведении лабораторных работ в качестве источника сигнала используется встроенный генератор, поэтому нижний переключатель на плате Г1 должен находиться в положении Внутр.

На плате Г2 находится переключатель вида сигналов Ф. Переключатель Ф имеет одиннадцать положений. В первых двух положениях переключателя var генерируются соответственно синусоидальные и прямоугольные колебания.

На плате Г3 имеется стрелочный вольтметр V1, который постоянно подключен к выходным гнездам генератора, переключатель пределов измерения вольтметра на два положения 1В и 10В, а также две пары гнезд для подключения нагрузки Выход.

Осциллограф предназначен для визуального наблюдения формы напряжения, оценки периода измеряемого напряжения, его амплитудного значения, размаха напряжения, длительности импульсов и функционально состоит из двух блоков. Верхний блок – электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) с двумя парами отклоняющих пластин (оси Х и Y). Нижний блок - электронный коммутатор (ЭК) с органами управления ЭЛТ.

Осциллограф имеет два одинаковых вертикальных канала, что позволяет наблюдать на экране ЭЛТ формы двух напряжений. Для коммутации каналов в верхней части блока ЭК находится переключатель каналов на три положения. В среднем положении Канал функционируют оба вертикальных канала, и при наличии на их входах напряжений на экране ЭЛТ наблюдаются два исследуемых напряжения. В положении 1 функционирует только первый канал и при подаче сигнала на гнездо «Вх.1» 1 канала на экране ЭЛТ будет наблюдаться его форма. Вертикальный канал 1 может работать в двух режимах. При установлении тумблера на панели канала 1 в положении Внешн исследуется напряжение, которое необходимо подать на гнезда Вх.1 канала и , а при установлении этого тумблера в положении Внутр на вход канала 1 автоматически подается выходное напряжение со встроенного генератора. В положении 2 будет функционировать только второй канал и при подаче сигнала на гнездо «Вх.2» 2 канала на экране ЭЛТ наблюдается его форма. Размер изображения по вертикали в каждом из каналов может регулироваться ступенчато с помощью регуляторов 1:1 , 1:10 и плавно с помощью потенциометров Усил.

При наблюдении временных зависимостей исследуемых сигналов в каждом из двух каналов Y осциллографа тумблер около гнезда Вход Х должен находиться в положении Внутр и осциллограф при этом работает в режиме временных осциллограмм. Если же необходимо наблюдать на экране ЭЛТ, например, вольт-амперные характеристики элементов, то, наряду с подачей напряжения на вход Y, подают соответствующее напряжение и на вход Х, при этом тумблер на входе X переключают в положение Внешн. Этот режим работы осциллографа называется режимом характериографа.

Для регулировки размера изображения по горизонтали используется плавный регулятор Усил в канале Х. Регулятор Развертка позволяет изменять на экране количество периодов наблюдаемой осциллограммы.

Стрелочный вольтметр V2 обеспечивает автоматический выбор пределов измерения 0,1; 1; 10; 100В, что индицируется свечением соответствующего светового индикатора.

Комбинированный фазометр-вольтметр «-V3» в режиме вольтметра (тумблер V3 в положении V3) будет функционировать как вольтметр с пределами измерений 1 В или 10 В. При переключении тумблера в положение  прибор работает в режиме фазометра. В составе стенда нет амперметров и поэтому токи могут быть измерены только косвенно через измерение напряжений.

В нижней части стенда расположены панели активных (слева) и пассивных (справа) элементов; соединение элементов осуществляется гибким монтажным проводом. Корпусной точки на панели пассивных элементов нет.

1.2 Методика измерений

Все блоки стенда имеют корпусной вывод, обозначаемый знаком . Все корпусные точки соединены между собой внутри стенда. Схема, собранная на панели пассивных элементов, подключается к генератору двумя проводами к гнездам «ВЫХОД» и корпус . Таким образом, схема неизбежно подключается к корпусным выводам всех приборов и для подключения измерительного канала прибора к схеме понадобится только один провод.

Пример 1.1. Вольтметр, подключенный к точке 1 (рис. 1.2) измерит действующее значение напряжения _ВХ. = _Z1 + _Z2, при подключении в точку 2 - _Z2. Если требуется измерить падение напряжения на элементе Z₁ , необходимо поменять его местами с элементом Z₂.

Фазометр служит для измерения разности фаз между двумя напряжениями одинаковой частоты. Эти напряжения подаются на два входа: опорный «ОПОРН.» и измерительный «ИЗМ.»; для устойчивой работы фазометра напряжения на этих входах должны быть не менее 0,1 В. Если измеряемое напряжение отстаёт от опорного, светится индикатор «L» (минус), если опережает – индикатор «С» (плюс). Разность фаз измеряется в градусах (от 0 до100 градусов).

Пример 1.2. При подключении опорного входа к точке 1 (рис. 1.2), измерительного входа к точке 2, фазометр измерит разность фаз между входным напряжением _ВХ. и напряжением _Z2. Изменение порядка подключения не изменит показание фазометра, но изменит знак.

Фаза тока в ветви совпадает с фазой напряжения на активном сопротивлении в этой ветви. Это свойство используется для нахождения разности фаз между каким-либо напряжением (например, входным) и током (входным или в ветвях), а также между токами. Активное сопротивления в цепи или ветви может отсутствовать, тогда в схему намеренно вводится шунт – небольшое сопротивление, которое незначительно изменяет параметры цепи, напряжения и токи. С помощью шунта также можно экспериментально определять токи.

При подготовке к лабораторным работам рекомендуется изучить материалы [1-7].

2. Предварительная подготовка

2.1. Оформить отчет на листах формата А4 (бумага для принтеров). Листы заполняются только с одной стороны . Листы можно скреплять скрепкой (но не степлером). Отчет должен содержать титульный лист, описание цели работы, конспект теоретической части , предварительный расчет, схемы эксперимента, таблицы. Схемы выполняются с помощью карандаша и линейки. При оформлении вычислений в формулы подставляются необходимые значения и приводится конечный результат, подробные выкладки не приводятся. Рисунки, таблицы, страницы, формулы нумеруются в пределах отчета. При невыполнении требований, а также при небрежном и неаккуратном оформлении отчета, студент к лабораторной работе не допускается. Дополнительно для допуска к лабораторным работам №№ 2 - 4 необходимо иметь один лист миллиметровки формата А3 с нанесенным осями координат для построения графиков. Образцы заготовок размещены на стенде.

2.2. Построить векторную диаграмму напряжений и тока для r – L цепи с последовательным соединением элементов для некоторой частоты, при которой r ≈ X_L. Все векторы начинаются в одной точке. На этом же рисунке построить другую диаграмму при условии,что частота входного воздействия увеличилась, входное напряжение по модулю не изменилось. Приведите формулу для частотной зависимости разности фаз (угла на векторной диаграмме) между входным напряжением и током (найти из треугольника сопротивлений).

2.3. Выполнить пункт 2.2 для r – C цепи.

3. Задание на проведение эксперимента

3 .1. Собрать схему в соответствии с рис. 1.3 , не подключая осциллограф. В первую очередь собрать основную цепь, состоящую из индуктивности L_B и магазина сопротивлений R_M, затем подключить приборы. Установить переключатель диапазонов измерения напряжения вольтметра V1 на плате генератора Г3 в положение «10 В». Переключатель диапазонов частот на плате Г1 установить в положение «2-20 кГц».

3.2. Включить на БП тумблеры «Сеть», «Генератор»,

«Вольтметр V2», « -V3». Установить напряжение на генераторе

3 В по вольтметру V1, частоту f=2 кГц.

3.3. Измерить напряжение U_R на резисторе R_M, фазовый сдвиг между током и входным

н апряжением (напряжение и ток на резисторе совпадают по фазе) с помощью фазометра

_ФАЗ. . Результаты измерений занести в таблицу. При измерениях напряжения на вольтметре V2 светится индикатор «10 В», т.е. вся шкала вольтметра занимает 10 вольт. Установить частоту f=6 кГц и повторить измерения (световой индикатор переключится на «1 В»).

3.4.Выключить все тумблеры на БП в обратном порядке.

3.5.Провод с вольтметра V2 переключить на вход второго канала осциллографа «Вх.2». Тумблеры на первом канале и входе «Х» перевести в положение «Внутр», переключатель каналов установить в среднее положение. Включить на БП тумблеры «Сеть», «Генератор», «Коммутатор осциллографа».

Таблица 1.1
UВХ.= 3 В, RМ = 320 Ом
	f, кГц
	2	6
U R , В
ФАЗ., град.
ОСЦ.., град.	xx
IЭКСП., мА
I ТЕОР., мА

3.6.Органами регулировки на блоках ЭЛТ и ЭК получить на ЭЛТ изображение двух сигналов. Отрегулировать изображение в соответствии с рис.1.4. Определить разность фаз по наблюдаемым осциллограммам _ОСЦ. . Измерение выполнить только для частоты f=6 кГц. Результат занести в таблицу.

4. Обработка результатов измерений

4.1.Рассчитать ток I_ЭКСП. по экспериментальным данным и ток

I_ТЕОР. теоретически.

I _ЭКСП. = (1.1) I _ТЕОР. = (1.2)

4.2. Оформить отчет. Не разбирая схему, приступить к защите работы у преподавателя.

5. Вопросы для самопроверки и защиты

5.1. Основные узлы стенда.

5.2. Назначение блока генераторов и его конструктивное оформление.

5.3. Расположение и назначение основных регулировочных органов блока генераторов.

5.4. Как измерить ток с помощью приборов на стенде?

5.5. Назначение стрелочного вольтметра V1 и особенности работы с ним.

5.6. Какие характеристики электрических цепей могут быть определены с помощью

осциллографа? Назовите режимы работы осциллографа.

1. Какими органами регулировки осциллографа можно регулировать размер изображения по вертикали?

5.8. Можно ли с помощью используемого в стенде осциллографа оценить сдвиг фаз между