ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 33 «ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ КОНДЕНСАТОРА  И КАТУШКИ ИНДУКТИВНОСТИ. ПОНЯТИЕ О РЕЗОНАНСЕ ТОКОВ»

1. Цель работы: Ознакомление с электрической цепью, состоящей из параллельно соединённого конденсатора и катушки индуктивности. Проведение эксперимента, связанного с исследованием работы такой цепи и получение резонанса токов.

2. Краткие теоретические сведения.

Когда к цепи (рис. 33.1) с параллельным соединением конденсатора и катушки индуктивности подается переменное синусоидальное напряжение U, одно и то же напряжение приложено к обоим элементам цепи.

Рисунок 33.1

Общий ток цепи I разветвляется на ток в конденсаторе I_C (емкостная составляющая общего тока) и ток в катушке I_L (индуктивная составляющая общего тока), причем ток I_L  отстает от напряжения U на 90⁰, а I_C опережает на 90⁰.

Токи I_C и I_L имеют противоположные фазы (180⁰) и в зависимости от их величин уравновешивают друг друга полностью или частично. Они могут быть представлены с помощью векторных диаграмм токов (рис. 33.2…33.4).

Когда I_C = I_L и общий ток цепи равен нулю, имеет место резонанс токов (векторная диаграмма рис. 33.2)

Рисунок 33.2	Рисунок 33.3	Рисунок 33.4

Когда I_C > I_L, т.е. преобладает ток конденсатора, общий ток цепи I является по характеру емкостным и опережает напряжение U на 90⁰ (рис. 33.3).

Когда I_C< I_L, т.е. преобладает ток катушки, общий ток цепи I является индуктивным и отстает от напряжения U на 90⁰ (рис. 33.4).

Эти рассуждения проведены без учета  небольших потерь активной мощности в конденсаторе и катушке.

При резонансе токов реактивная проводимость цепи B = B_L – B_C равна нулю. Резонансная частота определяется из уравнения

,

откуда, так же, как и при резонансе напряжений,

 и .

Полная проводимость при резонансе токов оказывается близкой к нулю. Остается не скомпенсированной лишь небольшая активная проводимость, обусловленная активным сопротивлением катушки и несовершенной изоляцией конденсатора. Поэтому ток в неразветвленной части цепи имеет минимальное значение, тогда как токи I_L и I_C могут превышать его в десятки раз.

       3. Задания и порядок выполнения работы.

3.1. Для цепи с параллельным соединением конденсатора и катушки индуктивности измерьте действующие значения напряжения U и токов I, I_C  и I_L при w = w₀, w<w₀ и w>w₀. Постройте векторные диаграммы.

Порядок выполнения работы

3.2. Соберите цепь по схеме (рис. 33.5), подсоедините регулируемый источник синусоидального напряжения и установите его параметры: U = 3…5 В, f = 100…5000 Гц.

Примечание. В качестве индуктивности используйте только катушки L1 или L2 (0,3…100 мГн) из блока РЕАКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ, т.к. при резонансных явлениях возможны значительные увеличения токов и напряжений, что может привести к повреждению слаботочных катушек индуктивности из набора минимодулей (4.7мГн -10мГн -15 мГн), у которых предельные значения токов имеют меньшие величины. Для уменьшения токов и напряжений выходное напряжение синусоидального генератора не должно превышать 2..3 В.

Рисунок 33.5

3.3. Изменяя частоту приложенного напряжения, добейтесь резонанса по минимальному току I. Для точной настройки поддерживайте неизменным напряжение на входе цепи.

3.4. Произведите измерения и запишите результаты измерений в табл.33.1 при f = f₀, f₁»0,9f₀ и f₂ »1,1f₀, f₃ » 0,8f_0, f₄ »1,2f₀

Таблица 33.1

3.5. Постройте в одинаковом масштабе векторные диаграммы на рис. 33.6 для каждого из рассмотренных случаев.

рис. 33.6