ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 22 «ПАРАМЕТРЫ СИНУСОИДАЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ (ТОКА)»

1. Цель работы: Ознакомление с параметрами синусоидального напряжения (тока):частота, амплитуда, среднеквадратическое (действующее) значение, фазовый сдвиг (угол).

2. Краткие теоретические сведения:

Переменный ток, в противоположность постоянному току, периодически меняет свое направление. Кривая (функция) переменного тока или напряжения, соответственно, может иметь различную форму. На рис. 22.1 показаны некоторые из типичных для электротехники и электроники формы переменного тока.

Рисунок 22.1

Эти формы сигналов можно наблюдать на осциллографе, если его входные каналы подключить к выходу ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ГЕНЕРАТОРА. Кроме того, различают однофазные и многофазные переменные напряжения и токи. Например, электроснабжение массовых потребителей осуществляется, как правило, посредством трехфазного синусоидального тока. Четырехфазные синусоидальные токи (со сдвигом фаз на 90 градусов) чаще всего применяются в радиотехнических узлах и устройствах.

Эксперименты затрагивают такие параметры как частота, амплитуда, среднеквадратическое (действующее) значение, фазовый сдвиг (угол) и мощность.

На рис. 22.2  показаны напряжение и ток, как синусоидальные функции времени. 

Рисунок 22.2

В течение одного периода T напряжение последовательно оказывается равным нулю, положительному максимуму (амплитудное значение) U_m, затем нулю, отрицательному максимуму и снова нулю.

Аналогично выглядит график изменения тока, но, в общем случае, он может быть сдвинут во времени относительно напряжения (отставать от напряжения или опережать его).

Мгновенные значениясинусоидальных напряжения u и тока i выражаются так:

u = U_m × sin (wt+y_u) ,       i = I_m  × sin (wt+y_i) ,

где y_u и y_i – начальные фазы напряжения и тока.

Разность фаз напряжения и тока (фазовый сдвиг):

j = y_u - y_i.

Другие параметры синусоидальных величин и формулы для их вычисления приведены ниже.

Частота fв Герцах (Гц) выражается как число периодов в секунду

f = 1 ¤ T.

Угловая частота wв рад ¤ с равна

w = 2× p × f .

Действующие значениясинусоидальных тока и напряжения равны

I = I_m / Ö2,    U = U_m / Ö2 .

3. Задания и порядок выполнения работы :

3.1. Выведите на экран осциллографа синусоидальные токи и напряжение на нагрузке и определите следующие величины:

амплитудное значение напряжения U_m,

амплитудное значение тока I_m,

    действующее значение напряжения U,

действующее значение тока I_,

период T,

частота f,

угловую частоту w,  

  фазовый сдвиг j,

мгновенное значение напряжения u в момент времени t = T / 3.

3.2. Соберите электрическую цепь по схеме  (рис. 22.3), подключите источник синусоидального напряжения (U = 3…7 В, f = 50 Гц). В качестве приборов используйте АМПЕРВОЛЬТМЕТРЫ блока ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ (или мультиметры) и осциллограф.

Рисунок 22.3

3.3 Подключите два входа осциллографа к  указанным точкам.

Установите параметры развёртки осциллографа так, чтобы на экране было изображение примерно одного - двух периодов напряжения и тока.

Определите по осциллографу все указанные ниже величины.

Фазовый сдвиг будет иметь максимальное значение при максимальной величине индуктивности. Амплитудное значение напряжения: U_m = 

Амплитудное значение тока: I_m = U_m ¤ R =

Действующее значение напряжения :  U = U_m ¤ Ö2 =

Действующее значение тока:                   I = I_m ¤ Ö2=

Период :                                                     T =

Частота:                                                   f = 1 ¤ T =

Угловая частота :                                   w = 2 × p × f =

Фазовый сдвиг:                                    j =

Мгновенное значение напряжения u в момент времени:  t = T / 3

u = U_m × sin wt =

Примечание: wt –

угол, измеряемый в радианах.

3.4 Запишите результаты измерений и вычислений в табл. 22.1.

Таблица 22.1

3.5 Измерьте U и I с помощью  изм. приборов (или мультиметров). Занесите результаты в таблицу 1 и сравните с результатами измерения осциллографом.

3.6 Выберите масштабы и изобразите действующие значения тока и напряжения на векторной диаграмме.            

Масштабы:

mu = ………В/см

mi =……mA\см