Исследование на ЭВМ характеристик источника постоянного напряжения

Федеральное агентство связи
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования ордена Трудового Красного
Знамени
"Московский технический университет связи и информатики"
Кафедра теории электрических цепей
Лабораторная работа №1
Исследование на ЭВМ характеристик источника
постоянного напряжения.
Выполнил студент
группы БУТ-1801
Четыркин М. И.
Вариант 24
Москва 2019
Цель работы
С помощью программы Micro-Cap получить внешние характеристики
источников напряжения. Познакомиться с зависимыми источниками.
Предварительный расчет
Рассчитать и построить зависимости тока I от сопротивления нагрузки
Rн в цепи A (рис. 1)
Рисунок 1 - Цепь A
Принять:
E=2,4 B – ЭДС источника;
r = 320 Oм – внутреннее сопротивление источника;
R = 0, 10, 20, 40, 80, 160, 320, 640, 1280, 2560 и 5000 Ом – сопротивление
нагрузки
I = E/(r + R) – ток в нагрузке от сопротивления R;
Рассчитать и построить таблицу №1:
Uн = IRн = f(Rн) – падение напряжения на нагрузке от сопротивления Rн;
Pист = EI = f(Rн) – мощность источника тока от сопротивления Rн;
Pr = I2r = f(Rн) – мощность, выделяемая на нагрузке от сопротивления Rн;
Pн = I2Rн = f(Rн) – мощность, выделяемая на нагрузке от сопротивления Rн;
η = 100%( Pн/ Pист ) = f(Rн) - КПД цепи от сопротивления нагрузки Pн.
2
Таблица №1
По предварительному расчету
Получено экспериментально
RН, Ом
I, мА
UH, В
Pист, Вт
Pr1 Вт
PH Вт
Ƞ%
I, мА
UH, В
Pист, Вт
Pr1 Вт
PH Вт
Ƞ%
0
7,5
0
0,018
18
0
0
7,5
0
0,018
18
0
0
10
7,27
0,73
0.017
16.9
0.53
3.11
7,27
0,73
0.017
16.9
0.53
3.11
20
7,06
0,141
0.0169
15.9
0.997
5.9
7,06
0,141
0.0169
15.9
0.997
5.9
40
6,67
0,266
0.016
14.2
1.78
11.11
6,67
0,266
0.016
14.2
1.78
11.11
80
6
0,48
0.0144
11.52
2.88
20
6
0,48
0.0144
11.52
2.88
20
320
3,75
1,20
0.009
4,5
4.5
50
3,75
1,20
0.009
4,5
4.5
50
1280
1,5
1,92
0.0036
0.72
2.88
80
1,5
1,92
0.0036
0.72
2.88
80
2560
0,83
2,125
0.001992
0.22
1.76
88.89
0,83
2,125
0.001992
0.22
1.76
88.89
5000
0,45
2,25
0.00108
0.065
1.0125
93.99
0,45
2,25
0.00108
0.065
1.0125
93.99
ИНУТ:
Рассчитать амплитуду напряжения на нагрузке при:
γ = 3 Ом – управляющее состояние;
i(t) = 2sin(2πft) – управляющий ток.
f = 2 кГц – частота
Подсчитать данные и заполнить таблицу №2
Uм = Iм * γ – амплитуда напряжения
Схема цепи B предоставлена на рисунке 2
3
Рисунок 2 - Цепь B
Таблица №2:
По предварительному расчету
ЭВМ
RH, Oм
Ƴ, Ом
Im, A
Um, B
Um, B
100
3
2
6
6
200
3
2
6
6
200
1,5
2
3
3
4
Графики
Цепь A
1) Зависимость тока от сопротивления нагрузки
2) Зависимость напряжения от сопротивления нагрузки
3) Зависимость мощности источника от сопротивления источника
4) Зависимость мощности, выделяемой на внутреннем сопротивлении
источника, от сопротивления нагрузки
6
5) Зависимость мощности, выделяемой на нагрузке, от сопротивления
нагрузки
6) Зависимость КПД цепи от сопротивления нагрузки
7
Цепь B
1)Rн = 100 Ом
2)Rн = 200 Ом
Вывод: сопротивление нагрузки не влияет на амплитуду тока ИНУТ.
8
3) Um = 3 Oм
Вывод: при изменении управляющего напряжения, изменяется также и
напряжение в ИНУТ.
Общий вывод
Данные и графики, полученные в результате машинного эксперимента
в программе MicroCap, полностью совпадают с данными и графиками,
полученными в результате предварительного расчёта.
Вопросы для самопроверки:
1.
Какой источник называется источником ЭДС. Приведите
примеры независимых и зависимых источников.
2.
Режимы работы ЭДС.
3.
Чему равно падение напряжения на нагрузке UH при RH = r?
4.
Чему равна мощность, выделяемая на внутреннем сопротивлении
источника Рr, при RH = r?
5.
Чему равен КПД при RH = r?
Ответы:
1.
Источник электрической энергии представляет собой прибор,
преобразующий какой-либо вид энергии в электрическую. Он создает и
поддерживает на своих зажимах разность потенциалов. Таким образом в
проводящей среде создается электрическое поле, которое и вызывает
упорядоченное, направленное движение носителей электрических зарядов, т.
9
е. электрический ток. Происхождение электрического тока сопровождается
непрерывным расходованием энергии на преодоление сопротивления. Эту
энергию доставляет источник электрической энергии, в котором происходит
процесс преобразования механической, химической, тепловой или других
видов энергии в электрическую. Способность источника электрической
энергии создавать и поддерживать на своих зажимах определенную разность
потенциалов называется электродвижущей силой, сокращенно э. д. с.
Источник электрической энергии обладает эдс в 1 вольт, если при
перемещении по всей замкнутой цепи заряда в 1 кулон совершается работа,
равная 1 джоулю.
Важными разновидностями источников ЭДС и тока являются зависимый
источник ЭДС и зависимый источник тока. Зависимым источником
электродвижущей силы называют такой источник, в котором ЭДС зависит от
тока или напряжения в некотором участке цепи. Часто такие источники
также называют управляемыми. Если значение ЭДС источника зависит от
тока (или напряжения), то говорят, что такой источник управляем током (или
напряжением). (операционный усилитель)
А) Режим холостого хода – это режим, при котором
2.
сопротивление приемника стремится к бесконечности – на практике это
соответствует разрыву электрической цепи.
Б) Номинальный режим источника характеризуется тем, что
напряжение, ток и мощность его соответствуют тем значениям, на
которые он рассчитан заводами-изготовителями.
В) Согласованный режим – это режим, при котором источник отдает
в приемник максимальную мощность.
Г) Режим короткого замыкания характеризуется тем, что
сопротивление приемика становится равным нулю.
3.
1,20 В
4.
4,5 Вт
5.
50%
10