Измерение фазового сдвига в RC-цепи
2.1 В соответствии с таблицей 2 установить на генераторе частоту сигнала 0,05 кГц. Совместить при помощи ручек POSITION “↕”имасштаба развертки “TIME / DIV” обе синусоиды так, чтобы был хорошо виден и мог быть измерен сдвиг между пиками по горизонтали. Коэффициенты усиления амплитуд отрегулировать переключателем “VOLTS / DIV” таким образом, чтобы было удобно проводить измерения.
2.2 Измерить фазовый сдвиг fизммежду напряжением и током в RС-цепи. Для этого воспользоваться следующим методом:
a) измерить расстояние между двумя ближайшими пиками верхней синусоиды (например, получилось 1,8 больших деления), и умножить это количество больших делений на цену деления, выставленного переключателем “TIME / DIV” (например, “.5 mc”). В результате получится значение периода T = 1,8×0,5 = 0,9 мс верхней синусоиды, что соответствует сдвигу фазы, равного 2p рад. Измеренное значение периода должно совпадать со значением, рассчитанным по формуле T = 1/f.
b) аналогичным образом измерить расстояние по горизонтали между двумя ближайшими пиками верхней и нижней синусоид. Это будет значение времени t, равное отставанию одного колебания от другого, соответствующее сдвигу фаз между Um и URm, т.е. углу fизм (см. рис. 3). Учитывая следующую пропорцию
2p, рад –– T, с
fизм, рад –– t, с,
получаем значение измеренного фазового сдвига:
. (13)
Записать значения f, t, T в таблицу 2.
Таблица 2. Измерения фазового сдвига в RC-цепи
f, кГц
| 0,05
| 0,1
| 0,2
| 0,3
| 0,4
| ...
|
| t, мc
|
|
|
|
|
|
|
| T, мс
|
|
|
|
|
|
|
| fизм., рад.
|
|
|
|
|
|
|
| fтеор., рад.
|
|
|
|
|
|
|
| * Отдельно под таблицей записать значения погрешностей прямых измерений
2.3 Повторить измерения для других частот, указанных в таблице 2.
Обработка результатов
1. Для каждого значения частоты в таблице 1 рассчитать значение емкости Сизм в соответствии с формулой (11) и импеданса Z по формуле (10).
2. Для каждого значения частоты в таблице 2 рассчитать значение фазового сдвига fтеор и fизм. по формулам (7) и (13) соответственно.
3. Рассчитать среднее значение емкости конденсатора по табл. 1 и сопоставить его с указанным значением на конденсаторе.
4. Построить графики зависимостей (тип графиков точечный с добавлением к точкам кривой аппроксимации по методу наименьших квадратов):
4.1 импеданса цепи от частоты Z = Z(f), где Z вычисляется по формуле (10);
4.2 фазочастотных характеристик (ФЧХ), т.е. сдвигов фаз f (экспериментального и расчетного) между током и напряжением питания как функция частоты f = f(f), кривые функций экспериментальную и расчетную показать на одном координатном поле;
4.3 амплитудочастотной характеристики (АЧХ), т.е. зависимости силы тока в цепи от частоты Im = Im(f). Расчет Im произвести на основании формулы, аналогичной (9):
.
Данные для расчета взять из таблицы 1.
5. Определить погрешности косвенных измерений.
Содержание отчёта
Отчёт оформляется в печатном виде на листах формата А4 в соответствии с требованиями, предъявляемыми кафедрой ОТФ, в котором помимо стандартного титульного листа должны быть раскрыты следующие пункты:
I. Цель работы.
II. Краткое теоретическое содержание:
1. Явление, изучаемое в работе.
2. Определение основных физических понятий, объектов, процессов и величин.
3. Законы и соотношения, описывающие изучаемые процессы, на основании которых получены расчётные формулы.
4. Пояснения к физическим величинам.
III. Электрическая схема.
IV. Расчётные формулы.
V. Формулы погрешностей косвенных измерений.
VI. Таблицы с результатами измерений и вычислений.
(Таблицы должны быть пронумерованы и иметь название. Единицы измерения физических величин должны быть указаны в отдельной строке.)
VII. Пример вычисления (для одного опыта):
1. Исходные данные.
2. Вычисления.
3. Окончательный результат.
VIII. Графический материал:
1. Аналитическое выражение функциональной зависимости, которую необходимо построить.
2. На осях координат указать масштаб, физические величины и единицы измерения.
3. На координатной плоскости должны быть нанесены экспериментальные точки.
4. По результатам эксперимента, представленным на координатной плоскости, провести плавную линию, аппроксимирующую функциональную теоретическую зависимость в соответствии с методом наименьших квадратов.
IX. Анализ полученного результата. Выводы.
Контрольные вопросы
1. Какие физические процессы исследуются в работе?
2. Какие фундаментальные законы лежат в основе методики исследования параметров резистивно-емкостной цепи?
3. Что такое ток смещения? Какова природа тока через резистор и конденсатор?
4. Изобразите векторную диаграмму токов и напряжений в RC-цепи.
5. Как отличаются по фазе напряжения на резисторе и конденсаторе, соединенные в цепи последовательно? Почему?
6. От чего и как зависят импеданс RC-цепи?
библиографический список
учебной литературы
1. Калашников Н.П. Основы физики. М.: Дрофа, 2004. Т. 1
2. Савельев И.В. Курс физики. М.: Наука, 1998. Т. 2.
3. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. М.: Высшая школа, 2000.
4. Иродов И.Е Электромагнетизм. М.: Бином, 2006.
5. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. М.: Наука, 1998.
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|