Сапсалев А.В. - Основы теории цепей - Методическое руководство к лабораторным работам - 1 (1276556), страница 11
Текст из файла (страница 11)
;
– для фильтра верхних частот
.
Коэффициент передачи по напряжению представляет собой отношение комплексных амплитуд напряжений на выходе и входе фильтра
.
Для схем а и б коэффициенты передачи соответственно
и 
.
Из этих формул нетрудно самостоятельно получить выражения для амплитудно-частотных 
и фазочастотных 
характеристик RC-фильтров.
Программа домашней подготовки
к выполнению работы
1. По учебным пособиям изучить тему «Частотные электрические фильтры» [1, § 3.1–3.3, § 5.1–5.3, 5.6].
2. Заготовить бланк отчета по работе.
Контрольные вопросы
1. Каково назначение частотных фильтров и где они применяются?
2. Какие фильтры называются безиндукционными?
3. Начертите схемы RC-фильтров нижних частот, верхних частот, полосового и заграждающего.
4. Каковы достоинства и недостатки RC-фильтров в сравнении с фильтрами других типов?
5. Какие фильтры называются фильтрами типа k?
6. Начертить схемы фильтров типа 
для нижних частот, верхних частот, полосового и заграждающего.
7. На каких частотах нагрузка согласуется с фильтром при опытном определении его частотных характеристик? Приведите формулы для характеристического сопротивления на этих частотах.
8. Что такое коэффициент затухания? В каких единицах он измеряется и как его определить опытным путем?
9. Что такое коэффициент фазы? В каких единицах он измеряется и как его определить опытным путем?
10. Каковы достоинства и недостатки фильтров типа в сравнении с фильтрами других типов?
11. Какие условия необходимы для абсолютной прозрачности фильтра в определенном диапазоне частот? Почему нельзя в полной мере выполнить эти условия?
12. Какой физический смысл имеет то обстоятельство, что характеристическое сопротивление фильтра активно в полосе прозрачности и реактивно в полосе задержания?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 13
ИССЛЕДОВАНИЕ ФАЗОВРАЩАТЕЛЯ
Цели работы. 1. Изучить методы расчета и экспериментального исследования электрических цепей, осуществляющих фазовые сдвиги между токами и напряжениями.
2. Ознакомиться со способами настройки фазовращающих цепей на заданный режим.
Объект и средства исследования
На стенде имеется источник синусоидального напряжения с регулируемой частотой, в качестве которого применяются генератор синусоидальных сигналов, индуктивная катушка Rк, Lк на панели «Элементы цепи», резистор с переменным сопротивлением Rp и конденсатор переменной емкости в виде магазинов сопротивлений и емкостей. Для измерения напряжения на входе и выходе схемы используется электронный вольтметр. Он же применяется для косвенного определения тока в ветви с резистором путем измерения напряжения на известном сопротивлении резистора. Для измерения фазового сдвига используется электронный осциллограф.
Рабочее задание
1. Рассчитать величины R и C, при которых напряжения на входе и выходе равны по модулю и сдвинуты по фазе на угол = 20, 30, 45, 60, 80 (R – общее активное сопротивление цепи R = Rк + Rр). Параметры катушки Rк и Lк указаны на стенде.
2. Собрать на универсальной панели схему фазовращающего четырехполюсника, приведенную на рисунке. Установить напряжение на входе U1 = 5 В и частоту 500 Гц. В течение опыта поддерживать U1
постоянным.
3
. Установить на магазинах сопротивлений и емкостей рассчитанные в п. 1 значения 
и C, соответствующие различным значением ,
с точностью, которую позволяют достичь применяемые магазины. Измерить электронным вольтметром напряжения на выходе 
и на резисторе 
. С помощью осциллографа измерить фазовый сдвиг между 
и . При этом рекомендуется усиление каналов осциллографа отрегулировать так, чтобы амплитуды и были равными. Опытные данные внести в таблицу.
Экспериментальные и расчетные данные
| f | U1 | | R | C | Опытные данные | Расчетные данные | ||||||||||
| U1 | U2 | |
| I | z | x | xк | Lк | 1 | 2 | | |||||
| Гц | В | град. | Ом | мкФ | В | В | град. | – | А | Ом | Ом | Ом | Гн | град. | град. | град. |
Обратить внимание на неизменное равенство амплитуд 
и 
на экране осциллографа при различных или неизменность отношения 
при неотрегулированном осциллографе.
4. По данным п. 3 рассчитать I, z, x, 
, 
, . Расчетные данные внести в таблицу.
5. Сравнить заданные и полученные экспериментально величины 
и (задано 
).
6. Для одного из значений построить топографическую диаграмму.
7. По данным таблицы построить круговую диаграмму напряже-
ния .
Методические указания и рекомендации
1. Индуктивность катушки указана на стенде. Передаточной функцией четырехполюсника (по напряжению) для схемы рис. 13.1 является выражение
,
что, впрочем, соответствует известной формуле делителя напряжения. Для дальнейшего расчета воспользуемся обратной величиной:
,
где 
. После разделения действительной и мнимой частей и перевода левой части уравнения в алгебраическую форму с учетом 
получаем
,
,
откуда при 
и известных и 
определяются R и C:
,
.
Расчет величин R() и Rp() удобно произвести на компьюте-
ре (программа Mathcad). На экран выводятся сразу все требующиеся значения R и Rp. Переменную следует задавать в радианах: 
2. Напряжения 
и 
измеряются электронным вольтметром, переключатель пределов которого в начале измерения установить в положение 10 В с учетом, что напряжение U2 может превышать U1. Фазовый сдвиг между 
и 
измеряется электронным осциллографом.
3. По известным значениям U1, Up, R, C, Lк рассчитываются:
– ток в схеме I = Up / Rp;
– модуль полного сопротивления, z = U1 / I ;
– входное реактивное сопротивление, 
;
– угол сдвига фаз между I и 
, 
;
– угол сдвига фаз между I и , 
;
– угол = 1 + 2 .
Программа домашней подготовки
к выполнению работы
1. По учебникам, учебным пособиям и конспекту лекций изучить следующие вопросы:
– расчет последовательных цепей переменного тока комплексным методом [2, §§ 2.7 и 2.12].
– построение топографических диаграмм, в том числе методом «засечек» [3, § 3.18].
2. Заполнить бланк отчета по работе.
Контрольные вопросы
1. Какие цепи называются фазовращающими?
2. Построить качественно топографическую диаграмму для схемы, приведенной на рисунке в предположении, что 
. Указать на ней угол и углы 1 и 2 .
3. Построить качественную топографическую диаграмму для той же схемы, но в предположении, что 
. Возможно ли в этом случае выполнить условия, характерные для фазовращающей цепи?
4. Как измерить сдвиг по фазе между напряжениями на входе и выходе четырехполюсника при помощи осциллографа?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 14
ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ
В ЦЕПЯХ С ОДНИМ РЕАКТИВНЫМ ЭЛЕМЕНТОМ
Цели работы. 1. Научиться экспериментально определять постоянную времени электрических цепей и изучить влияние параметров цепей на характер переходного процесса.
2. Приобрести навыки применения электронного осциллографа для исследования быстропротекающих процессов.
Объект и средства исследования
В работе исследуются переходные процессы, возникающие при периодическом переключении цепи, содержащей резистор и конденсатор, с зажимов одного источника постоянного напряжения (–Е2) на зажимы другого (+Е1), как показано на рис. 14.1 и 14.2. Для этих целей в работе используется генератор прямоугольных импульсов, действие которых на цепь эквивалентно периодическому переключению источников постоянной ЭДС. Исследование кривых изменений токов и напряжений в переходном режиме осуществляется с помощью осциллографа. Схема собирается на универсальной панели.
Е1 = Е2, tu1 = tu2 = T/2.
Рис. 14.1 Рис. 14.2
Рабочее задание
1. Включить генератор прямоугольных импульсов и осциллограф на прогрев, после чего установить заданное входное напряжение генератора (
2 В) и частоту импульсов (1...2 кГц).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
