Порядок выполнения работы

Схема для исследования приведена на рис.12.5. Контакты поляризованного реле П периодически переключают конденсатор C с заряда (положение 1) на разряд (положение 2) с частотой 50Гц. Время цикла «заряд-разряд» составляет с. Параметры элементов в схеме задаются компьютером в соответствии с шифром студента.

 

 

Рис.12.5. Вид активного окна лабораторной работы №12. Схема для исследования переходных процессов при разряде конденсатора на активную нагрузку.

1.  Исследовать разряд конденсатора С на активное сопротивление R. Для этого установить выключатель В₁ в положение «выкл» (контакты выключателя разомкнуты),а выключатели В₂, В₃ и В₄ в положение «вкл» (контакты выключателей замкнуты). Значение сопротивления резистора R можно узнать, если подвести указатель мыши к движку или к светлой части регулируемого резистора R. Если указатель мыши находится долго на изображении резистора, то индикация величины сопротивления через некоторое время исчезает. Для того, чтобы величина сопротивления высветилась снова, нужно отвести движок в сторону и снова установить его на изображение резистора.

2. Подать напряжение на схему включением сетевого выключателя В и наблюдать на экране виртуального осциллографа процесс разряда конденсатора на активное сопротивление (рис.12.5). Измерить и записать в табл.12.1 для двух значений сопротивления R – максимального и среднего (устанавливается движком потенциометра) следующие параметры:

а) время  разряда конденсатора, 

б) напряжения  и  в начале и в конце разряда.

Для измерения напряжения и времени можно пользоваться указателем мыши, подводя его к нужной точке осциллограммы и щелкнув левой кнопкой.

3. Вычислить емкость конденсатора С по формуле (12.9).

4. Наблюдать на осциллографе влияние величины активного сопротивления R на процесс разряда конденсатора.

Таблица 12.1.

Задано		Измерено			Вычислено
R	T	tР	uC(0)	uC( tP)	C
Ом	с	с	В	В	мкФ
14000	0,02	0,01	80	44	1,19
6924	0,02	0,01	80	23	1,16

 

5. Исследовать колебательный разряд конденсатора. Для этого установить выключатели В₃ и В₄ в положение «выкл» (контакты выключателей разомкнуты), а выключатели В₁ и В₂ в положение «вкл» (контакты выключателей замкнуты). При этом в разрядную цепь вводится индуктивность L и изменяется величина активного сопротивления. Она становится равной r. Наблюдая процесс разряда конденсатора на осциллографе (рис.12.6), определить и записать в табл.12.2: .

а) рассчитать коэффициент затухания  по формуле (12.33),

б) собственную угловую частоту

.

в) резонансную угловую частоту  по формуле: .

г) индуктивность катушки L по формуле  (Величина емкости С конденсатора определена ранее в п.4);

д) величину активного сопротивления r по формуле .

Данные свести в табл. 12.2.

 

Рис.12.6. Вид активного окна лабораторной работы №12. Схема для исследования переходных процессов при разряде конденсатора на активно-индуктивную нагрузку.

6. Определить критическое сопротивление R_кр колебательного контура. Для этого разомкнуть выключатель В₂ и замкнуть выключатель В4. Выключатель В₃ остается разомкнутыми, а В₁ – замкнутым. Увеличивая величину r_К, наблюдать процесс разряда конденсатора. Заметить, при каком значении r_К= R_кр колебательный разряд переходит в апериодический. Для плавного изменения величины сопротивления r_К следует пользоваться клавишами управления курсором «влево» ( ) и «вправо» ( ).При переходе от апериодического разряда к колебательному меняется знак дискриминанта в уравнениях (12.14) и (12.15). Для более точного определения критического сопротивления R_кр смена знака дискриминанта указывается в активном окне справа. Величину критического R_кр сопротивления записать в табл. 12.2.

Таблица 12.2

Измерено					Вычислено
С	T1	uC(0)	uC(T1)	RКР		ω1	ω0	L	r
мкФ	с	В	В	Ом	с-1	с-1	с-1	Гн	Ом
1,19	0	80	20	538	660,14	3141,6	3210,2	0,086	113,54

 

7. По известным параметрам схемы рассчитать:

a) резонансную угловую частоту

,

 

б) собственную угловую частоту колебаний

,

в) критическое сопротивление

.

Результаты расчета сравнить с данными, полученными в табл. 12.2.

8. Результаты расчетов (табл.12.1 и табл.12.2) занести для проверки в таблицу 12.3 в компьютере (вызвав ее из меню);

Таблица 12.3

С	L	d			r	RКР
мкФ	мГн	с-1	с-1	с-1	Ом	Ом
	86,11

 

9. Сделать заключение по работе.

Контрольные вопросы

1. Написать уравнение напряжения на конденсаторе при разряде его на активное сопротивление.

2. Что такое постоянная времени t ? Чему она равна для цепи RC?

3. Начертить кривые напряжения и тока при разряде конденсатора для цепи RC.

4. Как изменяются кривые разряда и заряда конденсатора при изменении R и C ?

5. Написать дифференциальное уравнение напряжения и тока при разряде конденсатора на активное сопротивление и индуктивность.

6. Записать общий вид решения дифференциального уравнения при апериодическом и колебательном разрядах.

7. Как выражается через параметры R, L, C частота колебаний на конденсаторе ?

8. При каком значении r частота колебаний напряжения на конденсаторе достигает наибольшего значения ?

9. Что такое критическое сопротивление R_KР  и как оно выражается через параметры схемы L и C . Из какого условия получается это выражение ?

10. Какой вид имеет разряд конденсатора при r = R_KР ?

11. Что такое коэффициент затухания d ? Как определить его по осциллограмме ?

12.Каковы условия апериодического и колебательного разрядов конденсатора ?