Учебные задания и методические указания
К ИХ ВЫПОЛНЕНИЮ
Задание 1 . Для чётных вариантов N: рассчитать переходный процесс в RL-цепи (рис. 14.1, а) при U = 4 В; R = R кр = 2 
, Ом; С = int(100/N), мкФ; L = 10int(100/N), мГн, где N - номер записи фамилии студента в учебном журнале группы, изобразив на одном рисунке графики функций i(t) и u L(t). Определить постоянную времени t RL-цепи и найти значения напряжения u L(0+), u L(t), u L(2t) и u L(3t), записав их в самостоятельно составленную таблицу с дополнительной строкой для заполнения экспериментальными данными.
Для нечётных вариантов N: рассчитать переходный процесс в RC-цепи (рис. 14.2, а) при U = 4 В; R = R кр = 2 
, Ом; L = 10int(100/N), мГн; С = = int(100/N), мкФ, изобразив на одном рисунке графики функций i(t) и uС(t). Определить постоянную времени t RC-цепи и найти значения напряжения u С(0+), u С(t), u С(2t) и u С(3t), записав их в самостоятельно составленную таблицу с дополнительной строкой для заполнения экспериментальными данными.
Задание 2 . Рассчитать коэффициент затухания a , частоту свободных колебаний w с и период свободных колебаний Т св переходного тока в RLC-цепи (рис. 14.3, а) при её подключении к источнику постоянного напряжения U, если напряжение U = 4 В; индуктивность катушки L = 10int(100/N), мГн; ёмкость конденсатора С = int(100/N), мкФ; сопротивление резистора R = (0,1…0,2)R кр, где R кр = 2 . Построить график i(t) (см. рис. 14.4).
Задание 3. Запустить лабораторный комплекс Labworks и программную среду МS10 (щёлкнув мышью на команде Эксперимент меню комплекса Labworks). Открыть файл 14.5. ms 10 , размещённый в папке Circuit Design Suite 10.0 , или собрать на рабочем поле среды МS10 схему (рис. 14.5) для исследования переходных процессов в неразветвлённых цепях первого и второго порядков. С этой целью:
- подключить выходы функционального генератора XFG 1 и входы осциллографа XSC 1 к указанным на схеме (рис. 14.5) узлам. Управляемый током источник напряжения INUT включен в схему для снятия кривой напряжения, идентичной по форме кривой тока i(t);
- установить параметры реактивных элементов L и C схемы, рассчитанные в Задании 1, и сопротивление потенциометра R = 2R кр, его уровень Setting = 50%, шаг изменения Inckrement = 1% и управляющую клавишу Key = А клавиатуры. Для уменьшения сопротивления R потенциометра на 1% необходимо вначале его выделить (щёлкнув мышью на изображении элемента R), а затем нажать клавишу R; для увеличения сопротивления на 1% необходимо одновременно нажать клавиши Shift и R;
 |
- задать параметры функционального генератора XFG 1 (напряжение (Amplitude), частоту (Frequency), смещение (Offset)) (см. рис. 4.5, слева) и осциллографа, ориентировочные значения которых приведены на рис. 14.6. При этом длительность импульса генератора t и > (5…8)t.
Примечание. Исследование переходных процессов в электрических цепях проводить при положении регулятора горизонтальной развёртки луча осциллографа, обеспечивающим развертку исследуемых функций на 0,6…0,8 ширины его экрана;
- для чётных вариантов N: установить переключатель Q в верхнее, а W – в правое положение для исследования переходных процессов в RL-цепи; запустить программу MS10; скорректировать развёртку и уровни кривых i(t) и u L(t) на экране осциллографа. Воспользовавшись визирными линиями 1 и 2 и таблицей параметров, выводимой внизу экрана осциллографа, определить постоянную времени t RL-цепи и измерить значения переходных функций i(t) и u L(t) при t = 0, t = t, t = 2t и t = 3t; занести их значения в строку таблицы, составленную при выполнении Задания 1; скопировать схему и осциллограммы функций i(t) и u L(t) на страницу отчёта; сравнить полученные данные с расчётными значениями величин;
- для нечётных вариантов N: установить переключатель Q в нижнее, а W – в правое положение для исследования переходных процессов в R С-цепи; запустить программу MS10; скорректировать развёртку и уровни кривых i(t) и u С(t) на экране осциллографа. Воспользовавшись визирными линиями 1 и 2 и таблицей параметров, выводимой внизу экрана осциллографа, определить постоянную времени t RC-цепи и измерить значения переходных функций i(t) и u C(t) при t = 0, t = t, t = 2t и t = 3t; занести их значения в строку таблицы, составленную при выполнении Задания 1; скопировать схему и осциллограммы функций i(t) и u C(t) на страницу отчёта; сравнить полученные данные с расчётными значениями величин.
Задание 4 . Установить переключатель Q в верхнее, а W – в левое положение для исследования переходных процессов в RL С-цепи (см. рис. 14.5); задать сопротивление потенциометра R = (0,08…0,15)R кр (Setting = = (8…10)%); запустить программу MS10; скорректировать развёртку и уровни кривых i(t) и u С(t) на экране осциллографа.
Воспользовавшись визирными линиями 1 и 2 и таблицей параметров, выводимой внизу экрана осциллографа, измерить период Т св свободных колебаний тока, амплитуды тока I1m и I2m (см. рис. 14.4), найти и сравнить с результатами расчёта (см. Задание 2) коэффициент затухания a и частоту собственных колебаний w с тока i и напряжения u C.
Скопировать осциллограммы тока i(t) и напряжения u С(t) при R < R кр на страницу отчёта.
Задание 5 . Задать значение сопротивления R = 2R кр. Убедиться, что вместо колебательного переходный процесс станет апериодическим. Скопировать осциллограмму напряжения на конденсаторе u C(t) и тока i(t) на страницу отчёта.
Уменьшив сопротивление R вдвое (задав Setting = 50%), сравнить крутизну нарастания критического переходного тока i и напряжения u C в RLC-цепи с крутизной нарастания тока i и напряжения u C при R = 2R кр.
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЁТА
1. Наименование и цель работы.
2. Расчётные схемы цепей первого и второго порядков с исходными значениями параметров.
3. Расчётные формулы и вычисления. Таблица с занесенными предварительно вычисленными и измеренными переходными величинами.
4. Копия смоделированной схемы и копии осциллограмм переходных величин с оцифровкой шкал осей и характерных точек.
5. Сравнительный анализ расчётных и экспериментальных данных.
6. Выводы по работе.