2.1 Мета роботи: Експериментальне дослідження розподілу струмів і напружень в нелінійному електричному ланцюзі (ЕЛ) постійного струму. Визначення струмів і напружень в нелінійному ЕЛ графоаналітичними методами.

2.2 Зміст роботи:

Для заданого електричного кола (рис.3.1):

- встановити задані параметри джерела живлення електричного кола;

- провести необхідні вимірювання величин струмів та напруги;

- розрахувати параметри кола постійного струму з нелінійними елементами;

- оцінити похибки вимірювань та зробити висновки щодо режимів роботи лінії. При оцінці похибок вимірювань вважати межею вимірювань Iмах = 1А (для амперметрів), Vмах = 10 В (для вольтметрів), а за клас точності прийняти для всіх приладів δ = 0,1.

2.3 Теоретичні відомості:

ЕЛ звуться нелінійними, якщо в ланцюзі є хоч би один нелінійний елемент (НЕ). У таких елементів вольт-амперна характеристика (ВАХ) (I = f (U)) є нелінійною функцією, оскільки опір цього елементу залежить від величини і напряму струму, що протікає через нього, або від величини і знаку напруги, прикладеної до нього. Нелінійні елементи описуються нелінійними характеристиками, які не мають строгого аналітичного виразу, визначаються експериментально і задаються табличний або графіками.

Нелінійні елементи можна розділити на двох - і багатополюсні. Останні містять три (різні напівпровідникові і електронні тріоди) і більш (магнітні підсилювачі, багатообмоточні трансформатори, тетроди, пентоди і ін.) полюсів, за допомогою яких вони під'єднуються до електричного ланцюга. Характерною особливістю багатополюсних елементів є те, що в загальному випадку їх властивості визначаються сімейством характеристик, що представляють залежності вихідних характеристик від вхідних змінних і навпаки: вхідні характеристики будують для ряду фіксованих значень одного з вихідних параметрів, вихідні - для ряду фіксованих значень одного з вхідних.

За іншою ознакою класифікації нелінійні елементи можна розділити на інерційні і неінерційні. Інерційними називаються елементи, характеристики яких залежать від швидкості зміни змінних. Для таких елементів статичні характеристики, що визначають залежність між діючими значеннями змінних, відрізняються від динамічних характеристик, що встановлюють взаємозв'язок між миттєвими значеннями змінних. Неінерційними називаються елементи, характеристики яких не залежать від швидкості зміни змінних. Для таких елементів статичні і динамічні характеристики співпадають.

Залежно від виду характеристик розрізняють нелінійні елементи з симетричними і несиметричними характеристиками. Симетричною називається характеристика, не залежна від напряму визначальних її величин, тобто що має симетрію відносно почала системи координат: . Для несиметричної характеристики ця умова не виконується, тобто . Наявність у нелінійного елементу симетричної характеристики дозволяє у цілому ряді випадків спростити аналіз схеми, здійснюючи його в межах одного квадранта.

У сучасних засобах автоматики, радіотехніки і обчислювальної техніки широке застосування знаходять НЕ (діоди, транзистори, тиристори і т.д.), які мають різні по формі ВАХ.

Параметри нелінійних елементів

Залежно від умов роботи нелінійного елемента і характеру завдання розрізняють статичний, диференціальний і динамічний опори.

Якщо нелінійний елемент є неінерційним, то він характеризується першими двома з перерахованих параметрів.

Статичний опір рівний відношенню напруги на резистивному елементі до струму який протікає через нього.

Під диференціальним опором розуміється відношення нескінченно малого приросту напруги до відповідного приросту струму

Слід зазначити, що у некерованого нелінійного елемента завжди , а може приймати і негативні значення.

У разі інерційного нелінійного резистора вводиться поняття динамічного опору

визначуваного по динамічній ВАХ. Залежно від швидкості зміни змінної, наприклад струму, може мінятися не тільки величина, але і знак

Методи розрахунку простих нелінійних ЕЛ

При розрахунку нелінійних ЕЛ застосовуються графоаналітичні методи, засновані на застосуванні законів Кірхгофа і використанні заданих ВАХ елементів які використовуються ланцюзі. Перш за все, розглянемо ЕЛ, що складається з двох послідовно сполучених нелінійних резисторів НС1 и НС2 (рис. 3.2). ВАХ резисторів 1 и 2 приведені на рис. 3.3.

До ланцюга підведена напруга U, і вона дорівнює сумі падінь напруг на НС1 і НС2:

U (I) = U1 (I) + U2 (I). (2.1)

По всьому ланцюгу протікає один і той же струм I, оскільки НС1 і НС2 сполучені між собою послідовно. Для визначення струму в ЭЦ потрібно побудувати результуючу ВАХ ланцюга. Для побудови цієї характеристики слід підсумовувати абсциси кривих 1 і 2 (аг = ав + аб), відповідні одним і тим же значенням струму (рис. 2.3). Далі, задаючись довільним значенням струму можна побудувати ВАХ всього ланцюга (рис. 3.3, крива 3). Потім, користуючись цією ВАХ, можна знайти струм всього ланцюга і напруги на резисторах НС1 и НС2. Для цього відкладемо на осі абсцис відрізок ОР і проведемо з точки р пряму (паралельну осі ординат або перпендикулярну осі абсцис) до перетину з кривою 3. Так одержимо відрізок nр = ко= I. (сила струму всього ланцюга). Для знайденого струму по ВАХ 1 і ВАХ 2 знаходимо напруги U1 і U2:

U1 = кd; U2 = кс.

При паралельному з'єднанні двох НЕ (рис. 2.4) струм в нерозгалуженій частині ЭЛ рівний сумі струмів окремих гілок.

Тому при побудові результуючої ВАХ всього ланцюга слід підсумовувати ординати графіків 1 і 2 (рис. 3.5), відповідні одним і тим же значенням напруги, оскільки до цього НЕ прикладена одна і та ж напруга, яка дорівнює напрузі зовнішньої мережі, тобто джерела живлення.

Наприклад, для довільного значення напруги U = oа знаходимо ординату аг крапки для результуючої кривої 3:

аг = ав + аб.

Далі, задаючись довільним значенням напруги, можна побудувати ВАХ всього ланцюга, рис. 2.5, (кривая 3). Потім, користуючись ВАХ, можна при будь-якому значенні прикладеної напруги U (відрізок ор) знайти величину загального струму I (рn = ок). Це напруга U також визначає значення струмів I1 і I2 у окремих гілках.

У разі змішаного з'єднання НЕ (рис. 3.5).

У разі змішаного з'єднання НЭ (рис. 3.6), розрахунок ланцюга проводять в наступному порядку:

1. Паралельно з’єднані НЕ (НС1 і НС2) замінюють одним еквівалентним нелінійним опором НС з ВАХ 4 (рис. 3.7), яка одержана шляхом підсумовування кривих 1 і 2 по напрузі, тобто так само, як і у разі паралельних з'єднань двох НЕ.

2. Для отримання послідовного ланцюга будують результуючу ВАХ 5 шляхом підсумовування кривих 3 і 4 по струму, тобто так само, як і при послідовному з'єднанні двох нелінійних НЕ.

3. По результуючій ВАХ 5 визначають для заданого значення загальної напруги величину струму I3 у нерозгалуженій частині ланцюга.

4. Струм I3 визначає напругу U3 і Uаб, а напруга Uаб, дозволяє по графіках 1 і 2 визначити струми I1 і I2 у гілках НС1 і НС2.

2.4 Порядок виконання роботи

1. Зібрати у програмі Electronics Workbench схему для дослідження режимів роботи ланцюга, що містить нелінійні елементи (відповідно до рис. 2.1). Нелінійні елементи що входять в досліджуваний ланцюг і величину резистора R1 вибираються згідно варіантам таблиці 2.1. номер варіанту для конкретного студента визначає викладач який проводить лабораторні роботи.

Таблиця 3.1 – параметри досліджуваного ланцюга

№ варианта	Номера нелинейных элементов		Номинал резистора R1, Ом
№ варианта	NE1	NE2	Номинал резистора R1, Ом
1	NE1	NE4	150
2	NE2	NE5	5
3	NE3	NE5	100
4	NE9	NE7	100
5	NE10	NE8	100
6	NE1	NE8	150
7	NE2	NE7	150
8	NE3	NE6	150
9	NE9	NE5	150
10	NE10	NE4	15

2. у окремому вікні зібрати схему для дослідження ВАХ нелінійних елементів тих, що входять в досліджуваний ланцюг (рис 3.8). Встановити напругу джерела Е1 рівним 0,1В.

3. Включити схему, за допомогою перемикача, або натиснувши на клавіатурі Ctrl+G. Дочекатися стабільних показань вимірювальних приладів і записати показання вимірювальних приладів у таблицю 3.2. Вимкнути схему, натиснувши на клавіатурі Ctrl+Т.

таблиця 3.2 – результати вимірів окремих точок ВАХ НЕ

Напряжение источника Е1, В	Нелинейный элемент NE1		Нелинейный элемент NE2
Напряжение источника Е1, В	Показания вольтметра V1, В	Показания амперметра A1, А	Показания вольтметра V1, В	Показания амперметра A1, А
0,1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

4. змінюючи напругу джерела Е1 ступенями через 1В, до величини 10В, зняти крапки ВАХ використовуваних НЕ. Результати вимірювань занести в таблицю 3.2.

5. Побудувати ВАХ використовуваних НЕ на одному графіку. На тому ж графіку побудувати ВАХ резистора R1.

6. Розрахувати (теоретично) і побудувати загальну ВАХ досліджуваного ланцюга на тому ж графіку де будувалися ВАХ окремих елементів. Дані розрахунків занести в таблицю 2.3.

7. повернутися у вікно програми Electronics Workbench де построєна досліджувана схема. Встановити напругу джерела Е1 рівним 0,1В.

8. Включити схему за допомогою перемикача, або натиснувши на клавіатурі Ctrl+G. Дочекатися стабільних показань вимірювальних приладів і записати показання вимірювальних приладів у таблицю 3.3. Вимкнути схему, натиснувши на клавіатурі Ctrl+Ті.

9. Послідовно збільшувати величину напруги джерела Е1 до 10В, шагом 1В, фіксуючи при цьому показання вимірювальних приладів і заносячи їх в таблицю 3.3.

10. за наслідками вимірювань побудувати ВАХ досліджуваного ланцюга і порівняти її з розрахованою.

Таблиця 3.3 – Результати досліджень робочого режиму

Напруга джерела Е1, В	Розрахункові дані				Експериментальні дані
Напруга джерела Е1, В	Свідчення вольтметра V1, В	Свідчення амперметра A1, А	Свідчення амперметра A2, А	Свідчення амперметра A3, А	Свідчення вольтметра V1, В	Свідчення амперметра A1, А	Свідчення амперметра A2, А	Свідчення амперметра A2, А
0,1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

2.5 Зміст звіту

Страницы: 1, 2, 3