Министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Московский технический университет связи и информатики»

Кафедра Теории электрических сетей

Лабораторная работа №2

«Исследования на ЭВМ характеристик источника постоянного напряжения»

Оглавление

2.Ход выполнения лабораторной работы 3

3.Вывод 11

4.Ответы на вопросы 11

Список использованных источников 13

1.Задание

Цель лабораторной работы

С помощью программы Micro-Cap получить внешние характеристики источников напряжения. Познакомиться с зависимыми источниками.

2.Ход выполнения лабораторной работы

2.1 Предварительный расчет

Я рассчитала и построила зависимость тока I от сопротивления нагрузки Rн в цепи, представленной на рисунке 1.

Рисунок 1 – Электрическая цепь

Приняв E= 2.9 В, r= 320 ОМ, а Rн = 0, 10, 20, 40, 80, 160, 320, 640, 1280, 2560 и 8000 ОМ, я рассчитала значения тока в цепи (I), падение напряжения на нагрузке (Uн), мощность источника напряжения (P ист), мощность, выделяемую на внутреннем сопротивлении источника (P r), мощность, выделяемую на нагрузке и КПД цепи в зависимости от значений сопротивления нагрузки Rн. Эти данные указаны в таблице 1, сделанной в программе Microsoft Excel.

Расчет производился с помощью следующих формул:

Таблица 1 – Предварительный расчет

На рисунке 2 представлен график зависимости тока от сопротивления нагрузки R_н.

Рисунок 2 – График зависимости тока от сопротивления нагрузки R_н

При значении напряжения при сопротивлении R_н= r =320 Ом I=4,53мА.

На рисунке 3 представлен график зависимости напряжения от сопротивления нагрузки R_н.

Рисунок 3 – График зависимости напряжения от сопротивления нагрузки R_н

На графике показано значение, к которому асимптотически стремится напряжение – 2,78 В, а также значение напряжения при сопротивлении R_н= r =320 Ом U_н=1,45 В.

На рисунке 4 представлен график зависимости мощности источника от сопротивления нагрузки R_н.

Рисунок 4 – График зависимости мощности источника от сопротивления нагрузки R_н

На графике показано значение, к которому асимптотически стремится мощность – 0,00101 Вт, а также значение мощности при сопротивлении R_н= r =320 Ом P_ист= 0,013 Вт.

На рисунке 5 представлен график зависимости мощности внутреннего сопротивления источника от сопротивления нагрузки R_н.

Рисунок 5 – График зависимости мощности внутреннего сопротивления источника от сопротивления нагрузки R_н

На графике показано значение, к которому асимптотически стремится мощность – 3,89E-05 Вт, а также значение мощности при сопротивлении R_н= r =320 Ом P_r= 0,00657 Вт.

На рисунке 6 представлен график зависимости мощности нагрузки от сопротивления нагрузки R_н.

Рисунок 6 – График зависимости мощности нагрузки от сопротивления нагрузки R_н

На графике показано значение, к которому асимптотически стремится мощность – 0,000972 Вт, а также значение мощности при сопротивлении R_н= r =320 Ом P_н= 0,00657 Вт.

На рисунке 7 представлен график зависимости КПД от сопротивления нагрузки R_н.

Рисунок 7 – График зависимости КПД от сопротивления нагрузки R_н

На графике показано значение, к которому асимптотически стремится КПД – 96,15% , а также значение КПД при сопротивлении R_н= r =320 Ом P_н= 50%.

Данные, упомянутые выше и проверенные экспериментальным путем занесены в таблицу 2, сделанной в программе Microsoft Excel.

Таблица 2 ­– Значения переменных, полученные экспериментальным путем

2.2 Исследование характеристик ИНУТ

Схема с линейным зависимым источником переменного напряжения ИНУТ представлена на рисунке 8.

Рисунок 8 – Схема с линейным зависимым источником переменного напряжения ИНУТ

Посчитаем значение величину амплитуд напряжения U_m, если:

Управляющее сопротивление = 3 Ом

Амплитуда I_m=1.8 А

Частота F = 2кГц

Сопротивление нагрузки R1 = 100 Ом, 200 Ом

U_m= I_m* 

Результаты вычислений и эксперимента представлены в таблице 3.

Таблица 3 – Результаты вычислений и эксперимента

На рисунке 9 изображена осциллограмма напряжения источника и управляющего тока, где сопротивление нагрузки R1 = 100 Ом

Рисунок 9 – осциллограмма напряжения источника и управляющего тока, где сопротивление нагрузки R1 = 100 Ом

На рисунке 10 изображена осциллограмма напряжения источника и управляющего тока, где сопротивление нагрузки R1 = 200 Ом

Рисунок 10 – осциллограмма напряжения источника и управляющего тока, где сопротивление нагрузки R1 = 200 Ом

Из рисунков 9 и 10 мы можем заметить, что изменение сопротивления нагрузки не влияет на амплитуду тока ИНУТ. На рисунке 11 представлен график зависимости напряжения на нагрузке от времени и управляющего тока при изменении управляющего напряжения U_m = 3В (А=3).

Рисунок 11 – График зависимости напряжения на нагрузке от времени и управляющего тока при изменении управляющего напряжения U_m = 3В

По рисункам 9 и 11 можно заметить, что амплитуда напряжения ИНУТ увеличилась, следовательно, амплитуда напряжения ИНУТ и амплитуда управляющего напряжения находятся в прямо пропорциональной зависимости.

3.Вывод

При выполнении лабораторной работы, я познакомились с принципом работы цепи источника постоянного напряжения и цепи с ИНУТ, произвела необходимые расчёты и построила графики зависимостей. По итогу лабораторной работы можно сказать, что результат предварительного расчета полностью совпадает с результатом машинного.

4.Ответы на вопросы

1)Какой источник называется источником ЭДС? Приведите примеры независимых и зависимых источников.

Ответ: Источник ЭДС (или идеальный источник напряжения) – это активный элемент с двумя зажимами, напряжение на которых не зависит от тока, проходящего через источник. В таком идеальном источнике отсутствуют пассивные элементы, т.е. у источника нету сопротивления индуктивности и ёмкости. В связи отсутствием пассивных элементов при прохождении тока через источник не создается падение напряжения. Упорядоченное перемещение от меньшего потенциала к большему возможно за счёт присущих источнику сторонних сил. Независимые источники - батарея (химические источники тока), сеть в розетке 220В и тд; зависимый источник – ИТУН и ИНУТ.

2) Режимы работы источника ЭДС.

Ответ:

a) Режим холостого хода – это режим, при котором сопротивление приемника стремится к бесконечности.

b) Номинальный режим – это режим, на который рассчитывается источник (т.е. напряжение, ток и мощность его соответствуют тем значениям, на которые он рассчитан заводами-изготовителями)

c) Согласованный режим - это режим, при котором в нагрузку отдается максимальная мощность.

d) Режим короткого замыкания – режим, при котором сопротивление приёмника становится равным нулю.

3) Чему равно падение напряжения на нагрузке 𝑈_н при 𝑅_н = r?

Ответ: 1,45 В

4) Чему равна мощность, выделяемая на внутреннем сопротивлении источника 𝑃_𝑟 при 𝑅_𝐻 = r?

Ответ: 0,00657 Вт

5) Чему равен КПД при 𝑅_𝐻 = r?

Ответ: 50%

Список использованных источников

1. ГОСТ 7.32-2017 Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Отчет о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления. - URL: https://files.stroyinf.ru/Index/655/65555.htm (дата обращения 05.09.2021).

2. Фриск В.В., Логвинов В.В. Основы теории цепей, основы схемотехники, радиоприемные устройства. Лабораторный практикум на персональном компьютере. – М.: СОЛОН-ПРЕСС 2008, 609 с.