Порядок выполнения исследований
1. Рассчитать период несинусоидального сигнала, исходя из его частоты, указанной в варианте задания (таблица 2.3.1)
Таблица 2.3.1 – Варианты задания
| Вариант | Параметры источника | R, Ом | L, мГн | C, мкФ | ||
| форма сигнала | f, кГц | Umax, В | ||||
| 1 | треуг. | 100 | 30 | 0,5 | ||
| 2 | прямоуг. | 50 | 20 | 3 | ||
| 3 | треуг. | 150 | 40 | 1 | ||
| 4 | прямоуг. | 200 | 30 | 2,5 | ||
| 5 | треуг. | 2,5 | 120 | 20 | 0,8 | |
| 6 | прямоуг. | 2,5 | 125 | 25 | 2 | |
| 7 | треуг. | 100 | 10 | 0,4 | ||
| 8 | прямоуг. | 200 | 40 | 5 | ||
| 9 | треуг. | 150 | 30 | 1,2 | ||
| 10 | прямоуг. | 1,2 | 250 | 25 | 4 | |
| 11 | треуг. | 50 | 20 | 0,6 | ||
| 12 | прямоуг. | 150 | 35 | 6 |
2. Подключить блок переменного напряжения к осциллографу и выставить форму, период и максимальное напряжение сигнала согласно варианту задания (таблица 2.3.1).
3. Зарисовать с экрана осциллографа 1 период кривой напряжения источника с указанием масштабов напряжения и времени, расположив положительную полуволну справа от оси ординат, а отрицательную — слева.
4. На блоках переменных сопротивления, индуктивности и ёмкости выставить значения R, L и C согласно варианту задания (таблица 2.3.1).
5. 
Собрать цепь в виде четырёхполюсника, состоящего из вспомогательного резистора R01 (см. рис. 2.3.1). Ко входным зажимам четырёхполюсника подключить источник переменного напряжения с выставленными в п. 2 параметрами. К выходным зажимам подключить блок переменного сопротивления R. Параллельно резистору R01 подключить осциллограф.
Рисунок 2.3.1 – Схема исследования
6. Зарисовать с экрана осциллографа 1 период кривой тока в цепи с сопротивлением iRс указанием масштабов тока и времени, расположив положительную полуволну справа от оси ординат, а отрицательную — слева. Масштаб тока получается путём деления масштаба напряжения, которое показывает осциллограф, на величину сопротивления резистора R01.
7. Подключить к выходным зажимам четырёхполюсника блок переменной индуктивности L. Зарисовать с экрана осциллографа 1 период кривой тока в цепи с индуктивностью iLс указанием масштабов тока и времени, расположив положительную полуволну справа от оси ординат, а отрицательную — слева.
8. Подключить к выходным зажимам четырёхполюсника блок переменной ёмкости C. Зарисовать с экрана осциллографа 1 период кривой тока в цепи с ёмкостью iCс указанием масштабов тока и времени, расположив положительную полуволну справа от оси ординат, а отрицательную — слева.
9. Разбить положительный полупериод каждой из 4-х полученных осциллограмм на 10 равных интервалов.
10. Определить значения каждой из 4-х исследуемых величин в конце каждого из 10-ти интервалов и занести эти значения в таблицу 2.3.2. Кроме того, определить и занести в таблицу максимальное значение величины за полупериод (амплитуду сигнала).
Таблица 2.3.2
| Исследуемая величина | Значение сигнала в конце интервала | амплитуда сигнала Am | |||||||||
| Номер интервала в полупериоде | |||||||||||
| u(t) | |||||||||||
| iR(t) | |||||||||||
| iL(t) | |||||||||||
| iC(t) |
11. Выполнить гармонический анализ полученных несинусоидальных сигналов, рассчитав амплитуды и начальные фазы 1, 3 и 5-й гармоник каждого из 4-х исследуемых сигналов. При расчёте учесть виды симметрии, имеющиеся у кривой несинусоидального сигнала. Результаты расчёта занести в таблицу 2.3.3.
Таблица 2.3.3 – Результаты гармонического анализа
| Исследуемая величина | k=1 | k=3 | k=5 | |||
| Am1 | ψ1 | Am3 | ψ3 | Am5 | ψ5 | |
| u(t) | ||||||
| iR(t) | ||||||
| iL(t) | ||||||
| iC(t) |
12. По данным таблицы 2.3.3 записать выражения для мгновенных значений исследуемых несинусоидальных сигналов.
13. По выражениям для мгновенных значений начертить для каждого несинусоидального сигнала график, на котором совместно изобразить кривую самого несинусоидального сигнала и синусоиды трёх его гармоник.
14. Рассчитать значения коэффициентов, характеризующих гармонический состав и форму кривой каждого несинусоидального сигнала. Результаты расчёта занести в таблицу 2.3.4.
Таблица 2.3.4 – Коэффициенты, характеризующие форму кривой сигнала
| Исследуемая величина | Отношения амплитуд | KA | KИ | |
| 
| |||
| u(t) | ||||
| iR(t) | ||||
| iL(t) | ||||
| iC(t) |
15. Провести сравнительный анализ полученных при расчётах результатов (и графических, и численных) и сделать выводы, обратив особое внимание на влияние каждого из трёх разнохарактерных элементов (R, L и C) как на форму кривой несинусоидального сигнала, так и на выраженность исследуемых гармоник в спектре этого сигнала.
Рекомендуемая литература по теме:
1. Основы теории цепей Г. В. Зевеке и др. – М., 1989: глава 12
2. Курулёв А. П. и др. Теория электрических цепей… – Мн., 1999: глава 11
3. Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. – М., 1996: глава 7