Указания по технике безопасности

Так как лабораторная работа выполняется на специализированных лабораторных стендах «Луч», содержащих стандартный набор элементов и приборов, то при ее выполнении необходимо придерживаться требований к технике безопасности, изложенным в лабораторной работе 5 (страница 12).

Методика и порядок выполнения работы

1 Исследование переходных процессов в rc-цепи

Для исследования переходных процессов тока и напряжения в цепи собрать цепь по схеме рисунка 19, подключив конденсатор .

Рисунок 19 – Схема цепи для исследования переходных процессов

1.1. Регуляторы на блоках стенда установить в следующие позиции:

– на блоке питания включить тумблеры «сеть», «генератор», «коммутатор-осциллограф»;

– на блоке Г-1: тумблер «генератор» установить в положение «внутр.», диапазон частот – (0,2-2 кГц);

– на блоке Г-2: переключатель П_ф – в положение « », регуляторы «подстройка 1 и 2» повернуть до отказа против часовой стрелки;

– на блоке Г-3: тумблер «пределы» в положение – 10 В, регулятором выходного напряжения установить стрелку вольтметра на отметку 30–40 по верхней шкале. При напряжениях, имеющих форму, отличную от гармонической, показания вольтметра V₁ представляют условные деления, а не величины напряжения в вольтах. Измерять размах напряжений произвольной формы можно только осциллографом, произведя его калибровку;

– на магазине установить сопротивление 20 Ом;

– на блоке ЭК: тумблер «каналы» – в среднее положение (1+2), тумблеры «ослабление» – 1:10, тумблеры «1 канал» и «вход X» – в положение «внутр.», при этом к каждому каналу осциллографа будет подведено напряжение прямоугольной формы с периодом 500 мкс (рисунок 20 а).

Регулятор «усил. X» установить в такое положение, при котором размер изображения по горизонтали находится в пределах сетки на экране осциллографа, а регулятор «развертка» – в положение, при котором период каждой кривой занимает 8 клеток, при этом цена клетки по горизонтали получается 500/8 = 62,5 мкс/кл. Регуляторы «усиление плавно» установить в положения, при которых размах каждого изображения составляет 3 клетки. С помощью регулятора «расхождение» установить кривую напряжения первого канала в верхней части экрана, а второго канала – в нижней. Если длительность импульса и паузы прямоугольного напряжения несколько отличается друг от друга, то регулятором «подстройка 2» на блоке Г-2 сделать эти длительности одинаковыми.

После произведенных установок верхняя кривая будет показывать напряжение, подведенное к входу цепи, а нижняя – напряжение на конденсаторе . Так как при =20 Ом постоянная времени RC-цепи мала ( ), то конденсатор заряжается и разряжается достаточно быстро, поэтому в этом случае кривая напряжения на конденсаторе мало отличается от кривой входного напряжения. Зарисовать получившиеся изображения.

Примечание: при снятии кривых следует зарисовывать и координатную сетку с указанием цены деления, около каждой кривой указывать значения элементов, из которых собрана цепь и постоянную времени этой цепи.

1.2. Устанавливать на магазине сопротивления от 20 до 5120 Ом, наблюдать за изменением кривой напряжения на конденсаторе, зарисовать три характерных изображения.

1.3. По любой величине сопротивления и кривой разрядного напряжения на конденсаторе (рисунок 20 б) определить величину емкости цепи.

Указание: напряжение на конденсаторе при его разряде на любое сопротивление определяется выражением:

,

(30)

где – постоянная времени цепи . Для момента времени начала разряда конденсатора и (рисунок 20 б) соответственно имеем:

/

(31)

Тогда, составив отношение этих двух напряжений и учитывая, что эксперимент выполняется при известном , определяем величину емкости:

.

(32)

Рисунок 20 – Формы напряжения на двух каналах осциллографа

Для определения емкости по осциллограмме разрядного напряжения (рисунок 20 б) определить напряжения и , а также , Так как в выражении для определения емкости используется отношение напряжений, то напряжения можно фиксировать в условных делениях, не прибегая к определению масштаба по напряжению.

1.4 Установить на магазине сопротивление 20 Ом. Поменять местами проводники, подходящие к выходным гнездам блока Г-3. При этом на первом канале по-прежнему будет напряжение, подведенное к входу цепи, (это напряжение подается с генератора на вход первого канала осциллографа внутри стенда), а на втором канале – напряжение , снимаемое с резистивного сопротивления, и, следовательно, повторяющее форму тока. Изменяя сопротивление от 20 до 5120 Ом, зарисовать три наиболее характерных изображения. Определить для трех случаев постоянные времени цепи.

1.5. Вместо конденсатора подключать поочередно конденсаторы и . Повторить опыты, проведенные в п.п. 1.2–1.4.

1.6. Провести исследование переходного процесса и установившегося режима в -цепи при воздействии периодических импульсов напряжения. Для этого произвести следующие переключения на стенде. Переключатель П_ф на блоке Г-2 установить в позицию 9. Подключить конденсатор . На магазине установить сопротивление 160 Ом. С помощью регуляторов на ЭК установить изображение импульса напряжения, подведенного к входу первого канала, в соответствии с рисунком 18 б. Размах – 3 клетки, период – 8 клеток. Убедиться, что длительность пилообразного импульса составляет одну клетку (регуляторы: «подстройка 1» повернуть против часовой стрелки до отказа, «подстройка 2» – установить требуемую длительность импульса). Во всех стендах =500 мкс, следовательно, длительность импульса 500/8 мкс. Далее с помощью регуляторов на ЭК изображение импульса напряжения 1 и 2 каналов установить: размах 3 клетки, длительность 3 клетки. Зарисовать получившееся изображение.

1.7. Измерить значение размаха напряжения и импульсов тока. Для этого необходимо определить цену деления по вертикали каждого канала осциллографа при данном положении регуляторов «усиление». Делается это следующим образом. Регулятор «тарировочное напряжение» следует повернуть до отказа против часовой стрелки и нажать кнопку «тарировка» первого канала, при этом изображение импульса входного напряжения исчезнет и вместо него появится горизонтальная линия, а вольтметр V₁ на блоке Г-3 покажет нулевое значение. Держа кнопку нажатой, поворачивать регулятор «тарировочное напряжение» по часовой стрелке, пока тарировочный импульс не достигнет размаха в 1 или 2 клетки. При этом вольтметр покажет по верхней шкале значение тарировочного напряжения . Зная величину и количество клеток, занимаемых тарировочным напряжением, определить цену деления одной клетки и по количеству клеток, занимаемых исследуемым напряжением – значение этого напряжения.

1.8. Увеличить сопротивление магазина от 20 до 5120 Ом. Зарисовать три характерных изображения, не изменяя положения тумблеров «усиление».