Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №11 Резонанс напряжений
(название лабораторного исследования)
70 Последовательное соединение конденсатора и катушки индуктивности. Понятие о резонансе напряжений
6.5. Последовательное соединение конденсатора и катушки индуктивности. Понятие о резонансе напряжений
6.5.1. Общие сведения
Когда по цепи, (рис. 6.5.1) с последовательным соединением конденсатора и катушки индуктивности протекает один и тот же синусоидальный ток I, напряжение на конденсаторе Uc отстает от тока I на 90 , а напряжение на катушке индуктивности Ul опережает ток на 90°. Эти напряжения находятся в противофазе (повернуты относительно друг друга на 180°).
Рис.6:5.1
Когда одно из напряжений больше, другого, цепь оказывается либо преимущественно индуктивной (рис. 6.5.2), либо преимущественно емкостной (рис. 6.5.3). Если напряжения Ul и Uc имеют одинаковые значения и компенсируют друг друга, то суммарное напряжение на участке цепи L - С оказывается равным нулю. Остается только небольшая составляющая напряжения на активном сопротивлении катушки и проводов. Такое явление называется резонансом напряжений (рис. 6.5.4).
Последовательное соединение конденсатора и катушки индуктивности. Понятие о резонансе напряжений у 2
оказывается равным нулю. При заданных значениях L и С резонанс может быть получен путем изменения частоты.
Поскольку а то резонансная частота может быть определена из уравнения:
откуда
и
Полное сопротивление цепи при резонансе оказывается равным небольшому активному сопротивлению катушки, поэтому ток в цепи совпадает по фазе с напряжением и может оказаться довольно большим даже при маленьком приложенном напряжении. При этом напряжения Ul и Uc могут существенно (в десятки раз!) превышать приложенное напряжение.
6.5.2. Экспериментальная часть
Задание
Для цепи с последовательным соединением конденсатора и катушки индуктивности измерьте действующие значения тока I и напряжений U, Uc, Ul при = и . Постройте векторные диаграммы.
Порядок выполнения работы-
• Соберите цепь согласно схеме (рис. 6.5.5), подсоедините регулируемый источник синусоидального напряжения и установите напряжение на его входе 2 В и частоту 500 Гц. В качестве индуктивности с малым активным сопротивлением используйте катушку трансформатора 300 витков, вставив между подковами разъемного сердечника полоски бумаги в один слой (немагнитный зазор).
Рис. 6.5.5
• Изменяя частоту приложенного напряжения, добейтесь резонанса по максимальному току. Для точной настройки по максимуму тока необходимо поддерживать неизменным напряжение на входе цепи. При измерениях виртуальными приборами резонанс настраивается по переходу через ноль угла
72 Последовательное соединение конденсатора и катушки индуктивности. Понятие о резонансе напряжений
сдвига фаз между входными напряжением и током. Тогда нет необходимости поддерживать входное напряжение неизменным.
» Произведите измерения и запишите в табл. 6.5.1 результаты измерений при резонансе f=fo при и
Таблица 6.5.1
|
f, ГЦ |
I, mA |
U, В |
UL,B |
UC,B |
|
= |
||||
|
= |
||||
|
= |
• Постройте в одинаковом масштабе векторные диаграммы на рис. 6.5.6 для каждого из рассмотренных случаев.
76
Частотные характеристики последовательного резонансного контура
6.7. Частотные характеристики последовательного резонансного контура
6.7.1. Общие сведения
Частотными характеристиками обычно называют зависимости сопротивлений и проводимостей цепи от частоты синусоидального приложенного напряжения. Иногда к ним относят также зависимости от частоты токов, напряжений, фазовых сдвигов и мощностей.
В последовательном резонансном контуре (рис.6.7.1а) активное сопротивление не зависит от частоты, а индуктивное, ёмкостное и реактивное сопротивления изменяются в соответствии со следующими выражениями:
Полное сопротивление, как следует из треугольника сопротивлений (рис.6.7.1б):
Вид этих зависимостей от частоты представлен на рис.6.7.2а. При резонансной частоте
Это сопротивление называется характеристическим сопротивлением резонансного контура, а отношение
/R=Q
- добротностью резонансного контура
На рис.6.7.26 показаны графики изменения тока, напряжений на участках цепи и фазового сдвига при изменении частоты и неизменном приложенном напряжении в соответствии со следующими формулами:
Если Q>1, то при резонансе напряжения Ul и Uc превышают приложенное напряжение в Q раз.
Частотные хараггеристики последовательного резонансного контура
77
90°
-90°
При цепь носит ёмкостный характер ( ток опережает напряжение на угол ф), при = - активный, а при - индуктивный (ток отстаёт от напряжения).
6.7.2 Экспериментальная часть
Задание
Снимите экспериментально частотные характеристики последовательного резонансного контура - и - при Q>1.
Порядок выполнения работы
• Измерьте омметром активное сопротивление катушки индуктивности, указанной на схеме (рис.6.7.3).
R= Ом.
• Вычислите резонансную частоту, характеристическое сопротивление и добротность резонансного контура;
78
Частотные характеристики последовательного резонансного контура
Соберите цепь согласно схеме (рис.6.7.3), включив в неё в качестве измерительных приборов соответствующие гнёзда коннектора и считая сопротивление R сопротивлением катушки индуктивности. Добавочное сопротивление Кдоб на этом этапе примите равным нулю (Q>1). Подсоедините регулируемый источник синусоидального напряжения и установите его параметры: U=5 В, r==fo.
Рис. 6.7.3.
Включите виртуальные приборы и по показанию фазометра настройте более точно резонансный режим, изменяя частоту приложенного напряжения. Сравните экспериментальную резонансную частоту с расчётной:
Эксперементальнаяfo= ГЦ
Расчетнаяfo= ГЦ
Изменяя частоту от 0,2 до 2 кГц, запишите в табл.6.7.1 показания виртуальных приборов и по этим результатам на рис. 6.7.4. и 6.7.5. постройте графики частотных характеристик при добротности Q> 1.
Включите в цепь добавочное сопротивление =100...ЗЗО Ом и убедитесь, что резонансная частота не изменилась, а ток и напряжения Ul и Uc при резонансе стали меньше.
Таблица 6.7.1.
|
f/Гц |
R, Ом |
X, Ом |
Z, Ом |
I, мА |
UC,B |
URL,B |
Ф, град |
Частотные характеристики последовательного резонансного контура
79
■ I. !