Экспериментальные исследования

Объектом исследований являются две катушки 1-1' и 2-2' ( рис.4.4), размещенные на общем ферритовом сердечнике. Так как ферритовый сердечник ни в одном из режимов работы не насыщается, всю цепь можно рассматривать как линейную. При достаточно больших значениях частоты активными сопротивлениями катушек по сравнению с их реактивными можно пренебречь, не допуская при этом значительной погрешности.

Рис.4.4

Включить лабораторную установку и осциллограф. Кнопкой "ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА" включить схему №3 лабораторного стенда, при этом в поле включенной схемы должен гореть хотя бы один светодиод, а на экране ЖКД в правой верхней части лицевой панели появится надпись, указывающая на работоспособность встроенного мультиметра. На светодиодном индикаторе установки частоты генератора входного сигнала высветится текущее значение частоты. Нажимая кнопки управления ЖКД следует ознакомиться с порядком вывода на него информации.

Определение индуктивностей катушек, взаимной индуктивности и коэффициента связи

Для проведения исследований соберитесхему, изображенную на рис.4.4. Частоту генератора установите равной I кГц.

Каждую из катушек поочередно подключите к генератору,оставляя вторую разомкнутой. Проведите измерение напряжения каждой из катушек и тока той катушки, которая подключена к генератору сигналов.

Вычисление параметров произведите по формулам (4.3), коэффициента связи - по формуле (4.1). С целью контроля после получения экспериментальных данных определите x_M (по двум опытам).

Исследование последовательного соединения

Индуктивно-связанных катушек

Соберите схему последовательного соединения катушек (рис.4.2,а), установите частоту генератора 1 кГц., проведите измерение напряжений на катушках и тока через них.

Эксперимент осуществите дважды - при согласном и встречном включении катушек. Для перехода от одного способа включения к другому поменяйте местами выводы любой из катушек; самостоятельно установите способ включения по данным эксперимента.

Для вычислений используйте рассчитанные в 4.1 значения L₁, . L₂ , М и соотношения (4.2) и (4.4), при этом М примите как среднее из двух величин, определенных в упомянутом пункте.

Исследование параллельного соединения индуктивно-связанных катушек

Соберите схему параллельного соединения катушек (рис.4.2,б), установите частоту генератора 1 кГц;

При выполнении эксперимента и обработке опытных данных руководствуйтесь пояснениями, приведенными в 4.2 и соотношением (4.5).

Исследование АЧХ функции передачи трансформатора по напряжению

Соберите cxeмy, представленную на рис.4.3. В качестве нагрузки используйте поочередно два резистора.

Амплитудно-частотную характеристику снимите, изменяя частоту генератора от 100 Гц до 20 кГц. измеряя напряжения на катушках. Целесообразно в интервале 100 - 1000 Гц изменять частоту через 100 Гц, далее - через I кГц. По результатам измерений выполните расчеты по формуле (4.7).

Самостоятельное исследование

Используя соотношение (4.6), найдите функцию передачи по напряжению в случае емкостной нагрузки трансформатора (С_н = 0,05 мкФ). Проанализируйте выражение для АЧХ, установите его наиболее характерные значения (при ω = 0, ω → ∞ и экстремальное) и представьте примерный вид графика АЧХ. Опытным путем снимите АЧХ, осуществляя эксперимент подобно описанному в п.4.4 и постройте график АЧХ.

РАБОТА №5

ИССЛЕДОВАНИЕ УСТАНОВИВШИХСЯ ПЕРИОДИЧЕСКИХ НЕСИНУСОИДАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ В ЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЯХ

Цель работы: исследование особенностей установившихся реакций линейных цепей в периодическом несинусоидальном режиме.

Подготовка к работе

В работе исследуют реакции L- и С - элементов и последовательнойRLС- цепи на воздействие источника периодического несинусоидального напряжения, форма которого показана на рис.5.1,a. Pазложение в ряд Фурье входного сигнала u(t) имеет вид:

(5.1)

а б

в г

Рис.5.1

где амплитуды гармоник, f₁=1/T-частота первой гармоники, T- период сигнала.

Амплитудный спектр сигнала, показанный на рис.5.1,б,содержит только гармоники нечетных номеров, так как

Напряжение и ток R-. L -, С- элементов связаны соответствующей вольт-амперной характеристикой:

Законы изменения и подобны друг другу следовательно, в установившимся периодическом режиме подобными будут и спектры, для k -х гармоник которых справедливо соотношение

Операция интегрирования приводит к сглаживанию функции, т.е. к улучшению сходимости ряда Фурье. Действительно, в соответствии с формулой

(5.2)

высшие гармоники в спектре тока индуктивности всегда выражены слабее, чем в спектре напряжения.

При воздействии на L -элемент указанного на рис.5.1,а напряжения ток будет иметь пилообразную форму (см. рис.5.1,в), сохраняя непрерывность в моменты смены знака u(t).На основании (5.2) и рис. 5.1,б в спектре тока будет ярко выражена амплитуда первой гармоники (амплитуда третьей гармоники будет меньше первой в 9 раз, а не в 3 раза, как на рис. 5.1,б).

Так как и спектр тока С- элемента определяется соотношением

(5.3)

высшие гармоники тока С - элемента будут выражены резче, чем в спектре напряжения.

При воздействий на С - элемент указанного на рис.5.1,a напряжения ток будет представлять собой последовательность импульсных функций (дельта-функций) с чередующимися знаками (см. рис. 5.1,г). На основании (5.3) и рис. 5.1,б в спектре тока амплитуды гармоник должны быть приблизительно одинаковы (как известно, спектр дельта-функции равен единице на любой частоте),