37612

Проведение экспериментальных работ при исследовании переходных процессов в электрических цепях

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

На экране осциллографа получаем изображение зависимости напряжения и тока конденсатора от времени.Зарисовываем осциллограммы тока и напряжения на конденсаторе: Рассчитываем по осциллограмме постоянные времени разряда и заряда конденсатора по кривой uсt. На экране осциллографа получаем изображения зависимости тока и напряжения катушки от времени. Зарисовываем осциллограммы тока и напряжения катушки: Рассчитываем по осциллограмме постоянные времени при подключении и отключении катушки по кривой it.

Русский

2013-09-24

115 KB

0 чел.

Цель работы: Научиться проведению экспериментальных работ при исследовании переходных процессов в электрических цепях.

Задачи работы:

1. Освоить навыки получения осциллограмм в цепях RC, RL, RCL;

2. Научиться определять опытным путём постоянную времени и декремент затухания в исследуемых переходных процессах.

  1.  Закрепить навыки работы с электронным осциллографом.

Порядок выполнения работы:

Экспериментальная часть

1. Собираем  цепь  (рис.1).

2.Отключаем индуктивную катушку с помощью переключателя SA. На экране осциллографа получаем изображение зависимости напряжения и тока конденсатора от времени.

       3.Зарисовываем  осциллограммы тока и напряжения на конденсаторе:

 

Рассчитываем по осциллограмме постоянные времени разряда и заряда конденсатора по кривой uс(t).

Заряд:

uс(t) = U0(1 - e-t/τ);

uс(t1)/uс(t2) = U0(1 - e-t1/τ )/ U0(1 - e-(t1+Δt)/τ)= e Δt/τ;

τз = |Δt/ln(u(t1)/u(t2))|‌.‌

τз = |(4 – 1,1)/ln(4/9)| = 1,43 мс.

Разряд:

uс(t)= U0e-t/τ ;

uс(t3)/uс(t4) = U0e –t3/τ/U0e-(t3+Δt)/τ = e Δt/τ;

τр = |Δt/ln(u(t3)/u(t4))|;

τр = |(11 – 10)/ln(10/1,2)| = 0,47 мс.

‍‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌4. Подключаем  катушку индуктивности. На экране осциллографа получаем изображения зависимости тока и напряжения катушки от времени.

5. Зарисовываем осциллограммы тока и напряжения катушки:

Рассчитываем по осциллограмме постоянные времени при подключении и отключении катушки по кривой i(t).

Подключение:

i(t) = I0(1 - e-t/τ);

i(t1)/i(t2) = I0(1 - e-t1/τ )/ I0(1 - e-(t1+Δt)/τ)= e Δt/τ;

τп = |Δt/ln(i(t1)/i(t2))|‌.‌

τп = |(0,8 – 0,1)/ln(14,3/30,9)| = 0,32 мс.

Отключение:

i(t) = I0e-t/τ;

i(t1)/i(t2) = I0e-t1/τ/I0e-(t1+Δt)/τ= e Δt/τ;

τо = |Δt/ln(i(t1)/i(t2))|‌.‌

τо = |(10 – 10,4)/ln(32,9/12,9)|= 0,43 мс.

6. Подключаем катушку и конденсатор. На экране осциллографа получаем изображение тока и напряжения на конденсаторе и на катушке.

7. Зарисовываем осциллограммы тока и напряжений:

Определяем параметры колебательного процесса по кривой i(t):

i(t)/i(t+T) = eδT;

= (ln(i(t)/i(t+T)))/T = (ln(60/16))/0,002 = 660,88 с-1;

ω = 2π/T = 2*3,14/0,002 = 3140 с-1.

Расчетная часть

1. Рассчитываем  постоянные времени разряда и заряда конденсатора, начальные значения тока и напряжение конденсатора по известному напряжению источника U и параметрам цепи R1,R2,R0 и С:

τз = τр =  RC;

τз = (R1 + R2 + R0)C = 339*4*10-6 = 1,3 мс;

iз нач = U/( R1 + R2 + R0) = 10/(200 + 51 + 68 + 7) = 32 мА;

uсз нач= 0.

τр = (R2 + R0)C = 139*4*10-6 = 0,5 мс.

iр нач = U/( R2 + R0) = 10/(119 + 7) = 80 мА;

uср нач = U = 10 В.

Сравнивая результаты расчёта с результатами, полученными в п. 3, мы видим, что они сходятся.

2. Рассчитываем  постоянные времени подключения и отключения катушки, начальные значения тока и напряжения катушки по известному напряжению источника и параметрам цепи:

τп = τо =  L/R;

τп = L/(R1 + R2 + RK + R0) =

= 0,0245/(200 + 119 + 13 + 7) = 0,36 мс;

iп нач = 0;

uк п нач= U = 10 В.

τо = L/(R2 + RK + R0) = 0,0245/(119 + 13 + 7) = 0,45 мс.

iо нач = U/( R1 + R2 + RK + R0) = 10/(119 + 13 + 7) = 30 мА;

uк о нач = iо нач(R2 + R0) =  0,03*(119 + 7) = 3,78 В.

Сравнивая результаты расчёта с результатами, полученными в п. 5, мы видим, что они сходятся.

Рисуем  график  переходного процесса:

3. Рассчитываем корни характеристического уравнения для переходных процессов по данным параметрам цепи в п. 6:

p1,2 = -R/2L ± ((R/2L)2 – 1/LC)1/2, Rкр = 2(L/C)1/2 = 49,5 Ом.

Подключение:

R = R1 + Rк + R0 = 200 + 13 + 7 = 220 Ом > Rкр, процесс апериодический.

p1,2 = -4489,796 ± 3155,025

p1 = -7644,821; p2 = -1334,771.

i(t) = (U/L(p1 – p2))(ep1t – ep2t) =  0,0647(e-7644,821t – e1334,771t) A.

Замыкание:

R = Rк + R0 = 13 + 7 = 20 Ом < Rкр, процесс колебательный.

p1,2 = -408,163 ± j3168,199 = -δ ± jω.

i(t) = U/(ωL)e-δtsin(ωt + π) = 0,129e-408.163t sin(3168,199t + π) A.

 

Строим график тока: 

Сравнивая результаты расчёта с экспериментальными данными по п. 5, мы видим, что они сходятся.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

8671. Философия Нового времени. Общая характеристика философии Нового времени 21.66 KB
  Философия Нового времени. Общая характеристика эпохи Нового времени. Общая характеристика философии Нового времени. Основные философские направления. Сенсуализм. Эмпиризм. Рационализм. Эпоха нового времени (17-19 века). - Буржуазные революции в Евро...
8672. Философия Нового времени 17-19 века 23.17 KB
  Философия Нового времени 17-19 века. Немецкая классическая философия Философия марксизма Немецкая классическая философия (80-е годы 18 века - 1831 г.) - Представители: Кант, Шеллинг, Фихте, Гегель. - Основная тематика - п...
8673. Философия 19-20 веков. Иррационалистические учения 19-20 веков (Шопенгауэр, Ницше, философия жизни, психоанализ, экзистенциализм) 20.27 KB
  Философия 19-20 веков. Иррационалистические учения 19-20 веков (Шопенгауэр, Ницше, философия жизни, психоанализ, экзистенциализм). Рационалистические учения (позитивизм, неокантианство, герменевтика). Философия Шопенгауэра. - В основе вс...
8674. Предмет, проблеми і функції філософії. Основні питання філософії 109 KB
  Предмет, проблеми і функції філософії. Основні питання філософії Поняття і предмет філософії. Форми і методи філософії. Матеріалізм та ідеалізм в історії філософії. Основні питання філософії. Світогляд та його структура. Філо...
8675. Філософія Стародавнього Сходу 161.5 KB
  Філософія Стародавнього Сходу Особливості та характерні риси філософствування Сходу та Заходу. Філософія Стародавньої Індії. Філософія Стародавнього Китаю. Філософські книги Біблії. Особливості та характерні риси філософствув...
8676. Філософія Античності 106 KB
  Філософія Античності Філософія Стародавньої Греції. Філософія Стародавнього Риму. Філософія еллінізму Філософи фізису Своїм виникненням західноєвропейська філософія завдячує Давній Греції. Період з VIст. до н.е. по IV...
8677. Арабомовна середньовічна філософія 94 KB
  Арабомовна середньовічна філософія. Філософська концепція мутазилітів. Школа ашарітів. Східні перипатетики. Аль-Кінді, аль-Фарабі. Філософські погляди Ібн-Сіни. Ідеї суфізму. Ібн-Рушд та авероїсти. Вивчення даної ...
8678. Філософія середньовіччя та ренесансу 150 KB
  Філософія середньовіччя та ренесансу. Патристика раннього християнства. Середньовічна схоластика. Філософська думка пізнього Середньовіччя. Новий погляд на людину у філософії Ренесансу. Патристика. Загальна характеристика пат...
8679. Філософія нового часу. Емпіризм та раціоналізм. 114.5 KB
  Філософія нового часу. Емпіризм та раціоналізм. Філософія Просвітництва. Марксистська філософія. Новим часом називають епоху, яка розпочалася буржуазними революціями в Західній Європі (наприкінці XVI- на початку XVII...