labs / lab_3

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ

БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО

ОБРАЗОВАНИЯ

МОСКОВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СВЯЗИ И ИНФОРМАТИКИ

(МТУСИ)

Кафедра теории электрических цепей

Лабораторная работа № 3

«Исследование на ЭВМ характеристик источника постоянного напряжения»

Выполнил студент группы “Сортирный Союз”

username

Москва 2020

Цель работы:

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

Предварительный расчет:

Эксперимент 1

• E = 2,4 В - ЭДС источника

• r = 320 Ом - внутреннее сопротивление источника

• R = 0, 10, 20, 40, 80, 160, 320, 640, 1280, 2560, 5000 Ом - сопротивление нагрузки

• I = E/(r+R) – ток в нагрузке от сопротивления R_н

• U_н = I*R_н – падение напряжения на нагрузке от сопротивления нагрузки R_н

• P_ист = E*I – мощность источника тока от сопротивления R_н

• P_r = I²*r – мощность, выделяемая на внутреннем сопротивлении источника от сопротивления нагрузки R_н

• P_н = I²*R_н – мощность, выделяемая на нагрузке от сопротивления нагрузки R_н

• η = 100%*( P_н/P_ист ) - КПД цепи от сопротивления нагрузки P_н

	Предварительный расчёт						ЭВМ
R, Ом	I, мА	Uн, В	Pист, Вт	Pr, Вт	Ph, Вт	КПД, %	I, мА	Uh, В	Pист, Вт	Pr, Вт	Ph, Вт	КПД, %
0	7,50	0,00	0,0180	0,0180	0,0000	0,00%	7,500	0,0460	0,0180	0,0180	0,00001	0,00%
10	7,20	0,07	0,0170	0,0160	0,0005	3,03%	7,230	0,0720	0,0170	0,0160	0,00050	3,03%
20	7,00	0,14	0,0169	0,0150	0,0009	5,80%	7,029	0,1410	0,0169	0,0150	0,00090	5,80%
40	6,60	0,26	0,0160	0,0140	0,0017	11,11%	6,667	0,2660	0,0160	0,0140	0,00170	11,11%
80	6,00	0,48	0,0140	0,0110	0,0028	20,00%	6,000	0,4790	0,0140	0,0110	0,00288	20,00%
160	5,00	0,80	0,0120	0,0080	0,0040	33,33%	5,000	0,7990	0,0120	0,0080	0,00400	33,33%
320	3,75	1,20	0,0090	0,0045	0,0045	50,00%	3,750	1,2000	0,0090	0,0045	0,00450	50,00%
640	2,50	1,60	0,0060	0,0020	0,0040	66,66%	2,500	1,6000	0,0060	0,0020	0,00400	66,66%
1280	1,50	1,92	0,0036	0,0007	0,0029	80,00%	1,500	1,9200	0,0036	0,0007	0,00288	80,00%
2560	0,83	2,13	0,0020	0,0005	0,0017	88,88%	0,833	2,1330	0,0020	0,0005	0,00170	88,88%
5000	0,45	2,26	0,0010	0,0002	0,0010	93,98%	0,451	2,2560	0,0010	0,0002	0,00100	93,98%

График зависимости тока от сопротивления нагрузки

График зависимости напряжения от сопротивления нагрузки

График зависимости мощности тока от сопротивления нагрузки

График зависимости мощности, выделяемой на внутреннем сопротивлении источника, от сопротивления нагрузки

График зависимости мощности, выделяемой на нагрузке, от сопротивления нагрузки

График зависимости КПД цепи от сопротивления нагрузки

Эксперимент 2

• γ = 3 Ом – управляющее сопротивление

• i(t) = 2sin(2πft) – управляющий ток

• f = 2 кГц - частота

• Um = Im * γ – амплитуда напряжения

По предварительному расчёту				ЭВМ
Rн, Ом	γ, Ом	Im, А	Um, В	Um, В
100	3	2	6	6
200	3	2	6	6
200	1,5	2	3	3

Экспериментальная часть

Эксперимент 1

График зависимости тока от сопротивления нагрузки

График зависимости напряжения от сопротивления нагрузки

График зависимости мощности источника от сопротивления нагрузки

График зависимости мощности, выделяемой на внутреннем сопротивлении источника, от сопротивления нагрузки

График зависимости мощности, выделяемой на нагрузке, от сопротивления нагрузки

График зависимости КПД цепи от сопротивления нагрузки

Эксперимент 2

Построение осциллограмм тока в цепи с ИНУТ

1. Rн = 100 Ом

2. Rн = 200 Ом

Вывод: сопротивление нагрузки не влияет на амплитуду тока ИНУТ

3. Um = 3 В

Вывод: при изменении управляющего напряжения меняется также и напряжение в ИНУТ

Вывод

Данные, полученные в предварительном расчёте, в целом совпали с данными, полученными экспериментально на ЭВМ. Графики, сделанные по предварительным расчётам, также совпали с графиками, построенными при эксперименте на ЭВМ.

Контрольные Вопросы:

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

Ответ: Источник электрической энергии представляет собой прибор, который преобразует 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. 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).

2. Назовите режимы работы ЭДС.

Ответ:

• Режим холостого хода – это режим, при котором сопротивление приемника стремится к бесконечности; на практике это соответствует разрыву электрической цепи.

• Номинальный режим - напряжение, ток и мощность соответствуют тем значениям, на которые они рассчитаны заводом-изготовителем.

• Согласованный режим – это режим, при котором источник отдает в приемник максимальную мощность.

• Режим короткого замыкания - сопротивление приемника становится равным нулю.

3. Чему равно падение напряжения на нагрузке Uн при Rн=r?

Ответ: 1,2 В

4. Чему равна мощность, выделяемая на внутреннем сопротивлении источника Рr, при Rн=r?

Ответ: 0,0045 Вт

5. Чему равен КПД при Rн=r?

Ответ: 50%