Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ» (ТУСУР)
Кафедра телекоммуникаций и основ радиотехники (ТОР)
Исследование законов ома и кирхгофа в электрической цепи при гармоническом воздействии
Лабораторная работа по дисциплине «Теория электрических цепей»
Студенты гр. 120-1
___________Е.Д. Бормотов
___________Ф.М. Крапивин
«__» ______ 20__ г.
Дата
Руководитель
преподаватель каф. РТС
___________А.И. Попова
«__» ______ 20__ г.
Дата
Томск 2021
Оглавление
Оглавление 2
1 Краткие теоретические сведения 4
2 Описание экспериментальной установки и методики измерений 8
3 Основные расчетные формулы 10
4 Экспериментальные результаты и их анализ 13
4.1 Последовательное соединение катушки индуктивности L и резистора R1 при гармоническом воздействии. 13
4.2 Последовательное соединение конденсатора C и резистора R1 при гармоническом воздействии 17
4.3 Последовательное соединение двух активных элементов. 21
5 Заключение 25
Цель работы:
Освоение методов измерения напряжения, тока и разности фаз гармонических сигналов.
Экспериментальная проверка топологических уравнений для цепей первого порядка и закона Ома в комплексной форме для индуктивности L, емкости C и сопротивления R.
Исследование влияния параметров цепи на значения токов и напряжений на элементах цепи.
Краткие теоретические сведения
Исследованию подлежат цепи из последовательно соединенных элементов RL, RC и RR. Они расположены на панели «Основы теории цепей 1» в верхнем левом углу.
Электрическая цепь – это совокупность устройств, предназначенных для прохождения электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий тока и напряжения.
Электрический ток – это упорядоченно направленное движение электрических зарядов. Численно электрический ток определяется как производная заряда по времени:
Напряжение – это разность электрических потенциалов точек 1 и 2, т.е. скалярная величина, определяемая работой, затрачиваемой на перенос единичного положительного заряда из точки 1 в точку 2 или из точки 2 в точку 1. Численно напряжение определяется выражением:
где φ1> φ2 – электрические потенциалы в точках 1 и 2;
Сопротивление – идеализированный элемент цепи, характеризующий потери энергии в цепи на нагрев, механическую работу или излучение электромагнитной энергии.
Закон Ома для участка линейной цепи определяется выражением:
где u – разность электрических потенциалов между точками 1 и 2 (напряжение) участка цепи; 𝑖 – ток, протекающий через участок цепи 1-2.
Наименьший промежуток времени, по истечении которого наблюдаются повторения мгновенных значений периодических величин, называется периодом.
Величина, обратная периоду гармонического колебания, т.е. число периодов в единицу времени называют циклической частотой (или про- сто частота) f:
Электрическая схема – это графическое изображение электрической цепи. Основными «геометрическими» элементами схемы являются узлы и ветви.
Ветвь – это участок цепи, образованный одним или несколькими последовательно соединенными элементами.
Последовательное соединение элементов цепи - это такое со- единение, при котором через элементы проходит один и тот же электрический ток.
Входное сопротивление участка цепи с последовательным со- единением двух сопротивлений (рис. 2.1) имеет вид:
Рисунок 2.1 – Последовательное соединение двух сопротивлений
Узел – место соединение трех и более числа ветвей.
Параллельное соединение – это соединение, при котором две и более ветви подключены к одной и той же паре узлов. Следует отметить, что все эти ветви будут находиться под одним напряжением, но в каждой из ветвей будет протекать свой собственный ток.
Входное сопротивление участка цепи с последовательным соединением двух сопротивлений имеет вид:
Рисунок 2.2 – Параллельное соединение двух сопротивлений
Обобщенная схема цепи из двух последовательно соединенных элементов представлена на рисунке 2.3.
Рисунок 2.3 – Последовательное соединение двух элементов
В качестве сопротивлений Z1 и Z2 могут использоваться активные со- противления R, индуктивное сопротивление:
Или емкостное сопротивление:
где ω – частота входного сигнала, L и C - значение исследуемой индуктивности или емкости;