Исследование нелинейных электрических цепей постоянного тока цель работы


Скачать 210.27 Kb.
НазваниеИсследование нелинейных электрических цепей постоянного тока цель работы
Дата публикации20.07.2013
Размер210.27 Kb.
ТипИсследование
userdocs.ru > Физика > Исследование
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1. Получить экспериментальным путем и проанализировать зависимости тока от напряжения для лампы накаливания и полупроводникового стабилитрона.

2. Освоить методы графического анализа нелинейной последовательной цепи с использованием ампер-вольтных характеристик входящих в нее элементов.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ


В данной работе исследуются электрические цепи, в состав которых входят лампа накаливания (нелинейный элемент) и полупроводнико­вый стабилитрон (нелинейный элемент), последовательно соединенный с резистором (линейный элемент). Элемент электрической цепи, сопро­тивление которого зависит от тока или напряжения, называют нелиней­ным элементом. Нелинейной электрической цепью называют такую цепь, в состав которой входит хотя бы один нелинейный элемент.

П


Рис.1
ри анализе нелинейных цепей электрические свойства нелиней­ных и линейных элементов представляют ампер-вольтными характеристиками (АВХ), которые отображают зависимость тока от напряжения I(U). АВХ линейных элементов имеют вид прямых линий, а нелинейных эле­ментов - некоторых кривых линий.

По виду АВХ различают нелинейные элементы с симметричной и несиммет­ричной характеристиками (по отношению к началу координат). Лампы накаливания обладают симметричными АВХ (рис.1). Нелинейность их характеристик обусловлена тем обстоятельством, что при повышении температуры сопротивление нити накаливания будет увеличиваться.

П


Рис.2
олупроводниковый стабилитрон имеет несимметричную АВХ (кривая I(UCГ) на рис.3).

При расчетах нелинейных цепей постоянного тока наиболее часто используют графические методы. Последовательные нелинейные цепи с двумя элементами можно рассчитывать двумя методами: 1)методом сложе­нии АВХ элементов цепи; 2) методом пересечения АВХ элементов цепи.

М


Рис.3

етод сложения АВХ рассмотрим на примере цепи, состоящей из по­лупроводникового стабилитрона VD и резистора R (рис.2). В единых осях координат строят АВХ стабилитрона I(Uст). резистора I(UR) и АВХ всей цепи (суммарную АВХ), представляющую собой зависимость то­ка I от общего напряжения U (кривая I(U) на рис.3). Построение этой кривой осуществляется путем сложения абсцисс АВХ стабилитрона и ре­зистора для ряда фиксированных значений тока. При этом на графике получают ряд точек, соединение которых дает искомую кривую I(U).

П


Рис.5




Рис.4
осле построения-кривой I(U) на плоскости координат будут иметься в наличии три кривые, использование которых позволяет для данной цепи решать различные задачи. Например: равно напряжение U=8 В, требуется определить ток в цепи и паления напряжений на элементах. Данная задача решается следующим образом. Из точки А, абсцисса кото­рой равна 8 В, восстанавливают перпендикуляр к оси U до его пересе­чения с кривой I(U) в точке Б. Затем, опустив перпендикуляр из точ­ки Б на ось I , получают точку В, которая указывает значение иско­мого тока I (в рассматриваемом примере I=0,20 А). Прямая БВ пере­секает характеристики I(UСR) и l(UR) в точках Г и Д, абсциссы ко­торых равны искомым падениям напряжений на стабилитроне и резистора соответственно (в рассматриваемом примере UCГ≈1,8 В, UR ≈6,2 В). Метод пересечения характеристик удобно применять для решения частной задачи, когда один из элементов последовательной цепи является линейным элементом (резистором), заданы напряжение на зажимах цепи и сопротивление резистора, требуется определить ток и падения напряжений на элементах цепи. Данный метод рассматривается на примере последовательной цепи, состоящей из лампы накаливания ЛН и резистора R (рис.4). Расчет цепи этим методом состоит в следующем.

В единых осях координат строят АВХ лампы накаливания I(UЛН) и опрокинутую АВХ резистора I(UR)ОПР (рис.5). Опрокинутая характерис­тика (прямая АБ) строится по заданным значениям напряжения U и сопротивления R. В данном примере прямая АБ построена при условии, что U=16B, R= 20 Ом. Абсцисса точки А равна заданному напряжению U, т.е. 16В. Ордината точки Б определяется как частное от деления U на R , т.е. ордината точки Б равна U/R= 16/20= 0,8 А.

Прямая АБ и кривая I(UЛН) пересекаются в точке В. которая определяет решение задачи. Ордината точки В равна искомому току. В данной задаче I=0,6А. Абсцисса точки В (точка Г на оси напряжений) определяет значения падений напряжений на лампе накаливания (отре­зок ОГ) и на резисторе (отрезок ГА). В данном примере UЛН=4 B, UR=12 В.

^ ОБЪЕКТ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектом исследования являются две нелинейные цепи постоянного тока, схемы которых приведены в протоколе испытаний на рис.6-7. Пер­вая цепь (рис.6) состоит из двух параллельно включенных ламп накали­вания, которые рассматриваются как одна лампа. Вторая цепь (рис.7) состоит из стабилитрона и резистора, включенных последовательно. Все элементы цепей смонтированы на плате №5 лабораторного стенда.

Питание цепей осуществляется от источника постоянного тока с регулируемым напряжением. В качестве измерительных приборов используется многопредельный миллиамперметр Э-377 и цифровой или стрелочный электронный вольтметр.

^ ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

1. Снятие АВХ ламп накаливания. Собрать электрическую цепь со­гласно схеме, представленной на рис.6 протокола испытаний. После проверку цепи преподавателем подать на нее напряжение. Для этого выключатели В1(3~36 В), В2(-20 В) и ВЗ-1 (плата №3) установить в поло­жение "Вкл.", а выключатель ВЗ-2 (плата №3) установить в положение П. Изменяя напряжение источника питания от нуля до максимума, снять пять отсчетов напряжения U и тока IЛН прямой ветви АВХ. Показания прибо­ров записать в табл.1 протокола испытаний. Изменив полярность напря­жения на зажимах ламп накаливания, таким же образом снять и записать в табл.1 значения напряжения и тока обратной ветви АВХ.

2. Снятие АВХ стабилитрона и резистора. Собрать электрическую цепь согласно схеме, представленной на рис 7 протокола испытаний. После проверки цепи преподавателем подать на нее напряжение и снять АВХ стабилитрона, резистора и всей цепи. Для этого, изменяя напряжение источника от нуля до максимума, снимать показания и записывать в табл.2 протокола испытаний значения тока I , общего напряжения U и напряжений на стабилитроне UСГ и на резисторе UR.

3. Полученные результаты согласовать с преподавателем, после чего разобрать электрическую цепь.

^ ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА

1. На рис. 8 (прил.) по данным табл.2 построить в одних осях координат АВХ стабилитрона I(UСГ) . резистора I (UR) и всей цепи I(U). Построить АВХ всей цепи, просуммировав характеристики стабилитрона и резистора по оси U, и сравнить ее с экспериментальной.

2. По заданному преподавателем значению напряжения U определить ток и падения напряжений на элементах цепи (рис.7).

3. Используя построенную АВХ резистора, определить его сопротивление В.

4. По данным табл.1 построить на рис.9 (прил.) АВХ ламп накаливания.

5. С помощью метода опрокинутой характеристики определить ток и напряжения на элементах электрической цепи, состоящей из последовательно соединенных ламп накаливания и резистора R при условии, что цепь подключена к источнику питания с известным напряжением U (величина напряжения задается преподавателем). Графические построения провести на рис.9 в первом квадранте.

^ КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ

1. Какие элементы электрических цепей называются нелинейными? Приведите примеры нелинейных элементов.

2. Какую электрическую цепь называют нелинейной? Могут ли линейные элементы входить в нелинейную цепь?

3. В каком случае нелинейный элемент имеет симметричную АВХ? Приведите в виде графиков примеры симметричных АВХ известных вам элементов электрических цепей.

4. Начертите АВХ полупроводникового стабилитрона и о характеризуйте ее о точка зрения симметрии.

5. Сформулируйте сущность метода сложения АВХ, применяемого при анализе нелинейных электрических цепей.

6. Сформулируйте сущность метода пересечения характеристик, применяемых при анализе нелинейных электрических цепей.

7. Какие две электрические величины должны быть известны для построения опрокинутой ВАХ резистора?

8. Как изменятся ток в электрической цепи (рис.4) и напряже­ния на элементах цепи, если увеличить величину сопротивления R ?
^ ПРОТОКОЛ ИСПЫТАНИЙ

к лабораторной работе №3 «Исследование нелинейных электрических цепей постоянного тока»




Рис.6



Рис.7
Таблица 1

Прямая ветвь ампер-вольтной характеристики


UЛН,B













IЛН, А













Обратной ветвь ампер-вольтной характеристики


UЛН














IЛН, А












Таблица 2

Прямая ветвь ампер-вольтной характеристики


IСТ =IR, А












U1











UСТ











UR, B











Обратная ветвь ампер-вольтной характеристики


IСГ =IR, А












U1











UСТ











UR, B













Р

АВХ стабилитрона и резистора










200

I,мА






















































































































100



















































































































-20

-16

-14

-10

-6

-2

2

6

8

10

14

16

20





































0


































U, В































-100

















































































































































-200




















































































































Рис.8
^ АСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

К

АВХ лампы накаливания и опрокинутая ВАХ резистора







200

I,мА



























































































100



















































































































-20

-16

-14

-10

-6

-2

2

6

8

10

14

16

20





































0


































U, В































-100

















































































































































-200



















































































































Рис.9
раткие выводы по работе:

Группа ____________ Студент _______________ Дата ___________
Преподаватель___________

Похожие:

Исследование нелинейных электрических цепей постоянного тока цель работы iconИсследование линейных электрических цепей постоянного тока с последовательным...
...
Исследование нелинейных электрических цепей постоянного тока цель работы iconИсследование линейной разветвленной электрической цепи синусоидального тока цель работы
Получить навыка построения векторных диаграмм и научиться их использовать для анализа электрических цепей
Исследование нелинейных электрических цепей постоянного тока цель работы iconИсследование линейной электрической цепи постоянного тока со смешанным соединением резисторов
Усовершенствовать навыки сборки электрических цепей и пользования электроизмерительными приборами
Исследование нелинейных электрических цепей постоянного тока цель работы iconЛабораторная работа №6 Изучение влияния на сигнал различных элементов...
Цель работы: изучить влияние на сигнал различных элементов электрических цепей с помощью программного пакета ewb
Исследование нелинейных электрических цепей постоянного тока цель работы iconПрактическая работа №1 Тема : исследование ципей постоянного тока
Цель: Научится собирать последовательные,параллельные и смешанные цепи постоянного тока правельно подключать приборы для измерения...
Исследование нелинейных электрических цепей постоянного тока цель работы iconЭкзаменационные вопросы по дисциплине «Общая электротехника и электроника»
Расчет электрических цепей постоянного тока с одним источником методом свертывания
Исследование нелинейных электрических цепей постоянного тока цель работы iconЛинейные цепи постоянного тока
Расчёт электрических цепей является одной из основных задач при изучении электротехники, а впослед-ствии – и электроники
Исследование нелинейных электрических цепей постоянного тока цель работы iconМинистерство образования и науки Российской Федерации Федеральное...
Виды соединений элементов электрических цепей постоянного тока с одним источником питания
Исследование нелинейных электрических цепей постоянного тока цель работы iconРуководство предназначено для подготовки и проведения первых четырех...
Лабораторные работы по теории электрических цепей выполняются после того, как необходимый материал рассмотрен на лекциях и практических...
Исследование нелинейных электрических цепей постоянного тока цель работы iconКалендарно-тематический план проведения занятий
Основные понятия теории цепей. Идеализация источников энергии. Основные законы электрических цепей. Эквивалентные преобразования...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2015
контакты
userdocs.ru
Главная страница