Различия
Показаны различия между двумя версиями страницы.
| Предыдущая версия справа и слеваПредыдущая версияСледующая версия | Предыдущая версия | ||
| lab5:теория_52 [2019/09/24 05:19] – [Амплитудные и фазовые характеристики последовательного колебательного контура] root_s | lab5:теория_52 [2026/09/04 06:04] (текущий) – внешнее изменение 127.0.0.1 | ||
|---|---|---|---|
| Строка 11: | Строка 11: | ||
| то установившийся ток в цепи с линейными элементами будет также гармонической функцией с той же частотой, | то установившийся ток в цепи с линейными элементами будет также гармонической функцией с той же частотой, | ||
| \[I(t)=I_{0} \cdot \sin (\omega \cdot t)\] | \[I(t)=I_{0} \cdot \sin (\omega \cdot t)\] | ||
| - | \begin{equation} | + | $$ |
| U_{R} =I_{0} \cdot R\cdot \sin (\omega \cdot t)=U_{R} \cdot \sin (\omega \cdot t) \ \ \ \ \ (1) | U_{R} =I_{0} \cdot R\cdot \sin (\omega \cdot t)=U_{R} \cdot \sin (\omega \cdot t) \ \ \ \ \ (1) | ||
| - | \end{equation} | + | $$ |
| - | \begin{equation} | + | $$ |
| - | U_{L} =I_{0} \cdot L\cdot \omega \cdot \sin (\omega \cdot t+\pi /2)=U_{L\, } \cdot \sin (\omega \cdot t+\pi /2) | + | U_{L} =I_{0} \cdot L\cdot \omega \cdot \sin (\omega \cdot t+\pi /2)=U_{L\, } \cdot \sin (\omega \cdot t+\pi /2) |
| \ \ \ \ \ (2) | \ \ \ \ \ (2) | ||
| - | \end{equation} | + | $$ |
| - | \begin{equation} | + | $$ |
| U_{C} =I_{0} \cdot \frac{1}{\omega \cdot C} \cdot \sin (\omega \cdot t-\pi /2)=V_{C} \cdot \sin (\omega \cdot t-\pi /2) \ \ \ \ \ (3) | U_{C} =I_{0} \cdot \frac{1}{\omega \cdot C} \cdot \sin (\omega \cdot t-\pi /2)=V_{C} \cdot \sin (\omega \cdot t-\pi /2) \ \ \ \ \ (3) | ||
| - | \end{equation} | + | $$ |
| Из полученных выражений видно, что падение напряжения на ёмкости запаздывает на четверть периода ($\varphi | Из полученных выражений видно, что падение напряжения на ёмкости запаздывает на четверть периода ($\varphi | ||
| Второй закон Кирхгофа для рассматриваемой цепи выглядит следующим образом | Второй закон Кирхгофа для рассматриваемой цепи выглядит следующим образом | ||
| - | \begin{equation} | + | $$ |
| U_{G} =U_{R} +U_{L} +U_{C} | U_{G} =U_{R} +U_{L} +U_{C} | ||
| - | \end{equation} | + | $$ |
| Векторная диаграмма, | Векторная диаграмма, | ||
| Строка 36: | Строка 36: | ||
| \[Z=\sqrt{R^{2} +\left(\omega \cdot L-\frac{1}{\omega \cdot C} \right)^{2} } \] | \[Z=\sqrt{R^{2} +\left(\omega \cdot L-\frac{1}{\omega \cdot C} \right)^{2} } \] | ||
| получается подстановкой уравнений (1-3) в (4), а фаза $\varphi $ равна | получается подстановкой уравнений (1-3) в (4), а фаза $\varphi $ равна | ||
| - | \begin{equation} | + | $$ |
| \varphi (\omega )=arctg\left(\frac{\omega \cdot L-\frac{1}{\omega \cdot C} }{R} \right). | \varphi (\omega )=arctg\left(\frac{\omega \cdot L-\frac{1}{\omega \cdot C} }{R} \right). | ||
| - | \end{equation} | + | $$ |
| Исходя из выражений для полного сопротивления последовательного колебательного контура и используя формулы | Исходя из выражений для полного сопротивления последовательного колебательного контура и используя формулы | ||
| - | \begin{equation} | + | $$ |
| - | U_{{}_{R} } =\frac{U_{0} \cdot R}{\sqrt{R^{2} +\left(\omega \cdot L-\frac{1}{\omega \cdot C} \right)^{2} } } , | + | U_{{}_{R} } =\frac{U_{0} \cdot R}{\sqrt{R^{2} +\left(\omega \cdot L-\frac{1}{\omega \cdot C} \right)^{2} } } , |
| \ \ \ \ \ (6) | \ \ \ \ \ (6) | ||
| - | \end{equation} | + | $$ |
| - | \begin{equation} | + | $$ |
| U_{L} =\frac{U_{0} \cdot L\cdot \omega }{\sqrt{R^{2} +\left(\omega \cdot L-\frac{1}{\omega \cdot C} \right)^{2} } } , \ \ \ \ \ (7) | U_{L} =\frac{U_{0} \cdot L\cdot \omega }{\sqrt{R^{2} +\left(\omega \cdot L-\frac{1}{\omega \cdot C} \right)^{2} } } , \ \ \ \ \ (7) | ||
| - | \end{equation} | + | $$ |
| - | \begin{equation} | + | $$ |
| U_{C} =\frac{U_{0} }{C\cdot \omega \cdot \sqrt{R^{2} +\left(\omega \cdot L-\frac{1}{\omega \cdot C} \right)^{2} } } . \ \ \ \ \ (8) | U_{C} =\frac{U_{0} }{C\cdot \omega \cdot \sqrt{R^{2} +\left(\omega \cdot L-\frac{1}{\omega \cdot C} \right)^{2} } } . \ \ \ \ \ (8) | ||
| - | \end{equation} | + | $$ |
| Выражения (6-8) позволяют построить частотные зависимости напряжений на всех элементах последовательного колебательного контура, | Выражения (6-8) позволяют построить частотные зависимости напряжений на всех элементах последовательного колебательного контура, | ||
| Строка 56: | Строка 56: | ||
| Из рис. 2 (а) видно, что на малых частотах всё напряжение генератора падает на конденсаторе, | Из рис. 2 (а) видно, что на малых частотах всё напряжение генератора падает на конденсаторе, | ||
| - | \begin{equation} | + | $$ |
| \omega _{0} =\frac{1}{\sqrt{L\cdot C} } \ \ \ \ \ (9) | \omega _{0} =\frac{1}{\sqrt{L\cdot C} } \ \ \ \ \ (9) | ||
| - | \end{equation} | + | $$ |
| При этом оказывается, | При этом оказывается, | ||
| - | \begin{equation} | + | $$ |
| Q=\frac{\omega _{0} \cdot L}{R} =\frac{1}{\omega _{0} \cdot R\cdot C} =\frac{1}{R} \cdot \sqrt{\frac{L}{C} } =\frac{\rho }{R} , \ \ \ \ \ (10) | Q=\frac{\omega _{0} \cdot L}{R} =\frac{1}{\omega _{0} \cdot R\cdot C} =\frac{1}{R} \cdot \sqrt{\frac{L}{C} } =\frac{\rho }{R} , \ \ \ \ \ (10) | ||
| - | \end{equation} | + | $$ |
| - | Где $\rho \sqrt{\frac{L}{C} } $ характеристическое или волновое сопротивление контура. Собственные колебания возникают в контуре только при $Q <1.$ | + | Где $\rho = \sqrt{\frac{L}{C} } $ характеристическое или волновое сопротивление контура. Собственные |
| Оценим величину энергии, | Оценим величину энергии, | ||
| Строка 99: | Строка 99: | ||
| Рис. 4. Практическая схема последовательного колебательного контура. | Рис. 4. Практическая схема последовательного колебательного контура. | ||
| - | Внутреннее сопротивление используемого в работе генератора составляет 50 Ом и является сравнимым или даже большим по отношению к характерным активным и реактивными сопротивлениям. Выход модифицированного генератора с сопротивления R2 позволяет уменьшить эквивалентное внутреннее спротивление до 2.5 ома ценой значительного уменьшения подаваемого на контур переменного напряжения. | + | Внутреннее сопротивление используемого в работе генератора составляет 50 Ом и является сравнимым или даже большим по отношению к характерным активным и реактивными сопротивлениям. Выход модифицированного генератора с сопротивления R2 позволяет уменьшить эквивалентное внутреннее сопротивление до 2.5 ома ценой значительного уменьшения подаваемого на контур переменного напряжения. |
| ===== Параллельный колебательный контур ===== | ===== Параллельный колебательный контур ===== | ||
| Строка 112: | Строка 112: | ||
| Характерные функции | Характерные функции | ||
| - | \begin{equation} | + | $$ |
| - | Y=g-i\left(\frac{1}{\omega L} -\omega C\right)=g-i\omega C\left(\frac{\omega _{0} }{\omega } -\frac{\omega }{\omega _{0} } \right), \ \ \ \ \ (12) | + | Y=g-i\left(\frac{1}{\omega L} -\omega C\right)=g-i\omega |
| - | \end{equation} | + | $$ |
| где $\omega _{0} =\frac{1}{\sqrt{L\cdot C} } $ частота резонанса в параллельном контуре. | где $\omega _{0} =\frac{1}{\sqrt{L\cdot C} } $ частота резонанса в параллельном контуре. | ||
| Строка 120: | Строка 120: | ||
| Полная проводимость контура | Полная проводимость контура | ||
| $$ | $$ | ||
| - | \left|Y\right|=\sqrt{\left(g^{2} +\left(\frac{1}{\omega L} -\omega C\right)^{2} \right)} =\sqrt{\left(g^{2} +\left(\frac{\omega _{0} }{\omega } -\frac{\omega }{\omega _{0} } \right)^{2} \right)} , \ \ \ \ \ (13) | + | \left|Y\right|=\sqrt{\left(g^{2} +\left(\frac{1}{\omega L} -\omega C\right)^{2} \right)} =\sqrt{\left(g^{2} +\omega_0^2 C^2\left(\frac{\omega _{0} }{\omega } -\frac{\omega }{\omega _{0} } \right)^{2} \right)} , \ \ \ \ \ (13) |
| $$ | $$ | ||
| а фаза | а фаза | ||
| - | \begin{equation} | + | $$ |
| \varphi (\omega )=arctg\frac{\omega _{0} C}{g} \left(\frac{\omega _{0} }{\omega } -\frac{\omega }{\omega _{0} } \right) . \ \ \ \ \ (14) | \varphi (\omega )=arctg\frac{\omega _{0} C}{g} \left(\frac{\omega _{0} }{\omega } -\frac{\omega }{\omega _{0} } \right) . \ \ \ \ \ (14) | ||
| - | \end{equation} | + | $$ |
| Частотная зависимость разности фаз приведена на рисунке 6. | Частотная зависимость разности фаз приведена на рисунке 6. | ||
| Строка 134: | Строка 134: | ||
| Здесь зависимость разности фаз напряжения на контуре и тока источника для низких частот носит индуктивный характер и емкостной характер на частотах, | Здесь зависимость разности фаз напряжения на контуре и тока источника для низких частот носит индуктивный характер и емкостной характер на частотах, | ||
| - | \begin{equation} | + | $$ |
| U(\omega )=\frac{I}{\sqrt{\left(g^{2} +\left(\frac{1}{\omega L} -\omega C\right)^{2} \right)} } , \ \ \ \ \ (15) | U(\omega )=\frac{I}{\sqrt{\left(g^{2} +\left(\frac{1}{\omega L} -\omega C\right)^{2} \right)} } , \ \ \ \ \ (15) | ||
| - | \end{equation} | + | $$ |
| а токи в ветвях контура пропорциональны их проводимостям. | а токи в ветвях контура пропорциональны их проводимостям. | ||
| - | \begin{equation} | + | $$ |
| - | I_{L} (\omega )=\frac{I}{\omega L\sqrt{\left(g^{2} +\left(\frac{1}{\omega L} -\omega C\right)^{2} \right)} } , \ \ \ \ \ (16) | + | I_{L} (\omega )=\frac{I}{\omega L\sqrt{\left(g^{2} +\left(\frac{1}{\omega L} -\omega C\right)^{2} \right)} } , \ \ \ \ \ (16) |
| - | \end{equation} | + | $$ |
| - | \begin{equation} | + | $$ |
| - | I_{R} (\omega )=\frac{Ig}{\sqrt{\left(g^{2} +\left(\frac{1}{\omega L} -\omega C\right)^{2} \right)} } , \ \ \ \ \ (17) | + | I_{R} (\omega )=\frac{Ig}{\sqrt{\left(g^{2} +\left(\frac{1}{\omega L} -\omega C\right)^{2} \right)} } , \ \ \ \ \ (17) |
| - | \end{equation} | + | $$ |
| - | \begin{equation} | + | $$ |
| - | I_{C} (\omega )=\frac{I\omega C}{\sqrt{\left(g^{2} +\left(\frac{1}{\omega L} -\omega C\right)^{2} \right)} } , \ \ \ \ \ (18) | + | I_{C} (\omega )=\frac{I\omega C}{\sqrt{\left(g^{2} +\left(\frac{1}{\omega L} -\omega C\right)^{2} \right)} } , \ \ \ \ \ (18) |
| - | \end{equation} | + | $$ |
| Как и в случае последовательного контура, | Как и в случае последовательного контура, | ||
| Строка 152: | Строка 152: | ||
| Практическая схема параллельного колебательного контура приведена на рисунке 7. {{ : | Практическая схема параллельного колебательного контура приведена на рисунке 7. {{ : | ||
| - | Сигналы, | + | Сигналы, |
| ===== Библиографический список. ===== | ===== Библиографический список. ===== | ||
| Строка 158: | Строка 158: | ||
| - Часть I, разделы 1.1-1.5, 2.1-2.4, 3.4$-$3.7 настоящего сборника. | - Часть I, разделы 1.1-1.5, 2.1-2.4, 3.4$-$3.7 настоящего сборника. | ||
| - [[https:// | - [[https:// | ||
| - | - [[https:// | + | - {{ :атабеков.pdf |Атабеков Г.И. Теоретические основы электротехники. Линейные электрические цепи. (7-е издание, |
| - | - [[https:// | + | - {{ :шебес.pdf |М.Р. Шебес, |
| - | - [[https:// | + | - {{ :горелик.pdf |Г.С. Горелик, |
| - | - [[https://drive.google.com/ | + | - {{ :мандельштам.pdf |Л.И. Мандельштам, |
| - | - Физическая энциклопедия, | + | - Физическая энциклопедия, |
| - | - [[https://drive.google.com/ | + | - {{ :варламов.pdf |Н.В. Варламов, |
| + | |||
| + | |||
| + | Назад к [[lab5: | ||