Порядок виконання роботи

Схема проведення досліджень прямої частини ВАХ приведена на рис.14.3. Під час проведення досліду необхідно особливу увагу звертати на вимірювання при малих падіннях напруги на приладі. Для того, щоб провести заміри зворотної частини ВАХ у приведеній схемі, необхідно змінити напрям включення джерела струму, або змінити полярність включення діода.

1. Зібрати схему у відповідності до рис. 14.3.

Рис.14.3.

2. Створити таблицю з двома стовпцями. В один із них записати задані значення струму від джерела струму, а в другу – відповідні йому заміряні значення напруги, що показує вольтметр. При установці вольтметра слід перевірити, щоб його внутрішній опір мав значення, не менше, ніж 1 мОм. Дослідження характеристик виконується для трьох приладів різних фірм, які задаються викладачем.

3. Два діоди, включені для роботи на прямій гілці ВАХ, з'єднати послідовно і зняти їх загальну ВАХ.

4. Два діоди включити для роботи на прямій гілці ВАХ, з'єднати паралельно. Зняти їх загальну ВАХ.

5. Після проведення вимірювань побудувати графіки ВАХ для кожного приладу і для групи нелінійних приладів.

Таблиця 14.1.

Таблиця варіантів до лабораторної роботи

Вимоги до звіту

1. У відповідності до варіанта вибрати послідовний опір і джерело живлення і для послідовної схеми обчислити робочу точку нелінійного елемента.

2. Аналогічні розрахунки виконати для двох послідовно з'єднаних нелінійних елементів.

3. Вибрати паралельний зовнішній опір і джерело живлення і обчислити струми в кожному з паралельних приладів.

4. Для послідовного з'єднання лінійного й нелінійного приладів знайти робочу точку з використанням методу холостого ходу і короткого замикання. Для вибраної робочої точки розрахувати величину диференційного опору нелінійного елемента.

5. Дати пояснення особливостям послідовного й паралельного з'єднання нелінійних приладів. Провести порівняльний аналіз характеристик досліджуваних діодів.

6. Для вибраних робочих точок виконати розрахунки опору приладу для постійної напруги та диференційного опору і дати їх порівняльну характеристику.

7. Визначитись з рекомендованим робочим діапазоном напруг і струмів для кожного з досліджуваних приладів.

8. Використовуючи кусочно-лінійну апроксимацію ВАХ напівпровідникових приладів, розробити спрощену математичну модель для одного з досліджуваних приладів і реалізувати її за допомогою одного з компіляторів.

Контрольні запитання

1. Як побудувати ВАХ двох послідовно або паралельно з'єднаних діодів?

2. Як виконувати розрахунки електричних кіл постійного струму з послідовним або паралельним з'єднанням активного опору з одним або декількома діодами?

3. Як визначити робочу точку напівпровідникового приладу під час його роботи з лінійним елементом, а також диференційні параметри для визначеної робочої точки?

Лабораторна робота №15Е

Дослідження кіл несинусоїдного струму

Мета роботи: дослідження кола несинусоїдного струму з реактивними елементами і оволодіння методикою розрахунку кіл несинусоїдного струму.

Основні теоретичні відомості

Періодичними несинусоїдними називають струм та напругу, що змінюються в часі за періодичним несинусоїдним законом. Несинусоїдність струму та напруги ускладнює розрахунок електричних кіл.

Періодичну несинусоїдну напругу у загальному випадку можна записати у вигляді тригонометричного ряду Фур’є:

де U₀– постійна складова (нульова гармоніка);

U_1m – перша гармоніка, з частотою 

U_km – амплітуда напруги k-тої гармоніки,

Ψ_k – початкова фаза напруги k-тої гармоніки.

Якщо напругу виду тригонометричного ряду Фур’є прикласти до кола, яке складається з послідовного з’єднання активного опору R, індуктивності L і ємності С, то у колі виникає струм:

де I_km– амплітуда струму k-тої гармоніки,

φ_k– кут зсуву фаз між напругою і струмом k-тої гармоніки.

При цьому

,

.

Особливо треба підкреслити залежність індуктивного і ємнісного опору від кутової частоти струму:

, .

В основу розрахунку кіл несинусоїдного струму покладено принцип накладання. Розрахунок виконується в три етапи.

1. Розкладають несинусоїдну криву ЕРС або напруги джерела живлення на постійну та синусоїдні складові.

2. Розраховують струми кола для кожної із гармонік окремо.

3. Дійсні струми у вітках схеми визначають, підсумовуючи струми окремих гармонік.

У відповідності з принципом накладання спочатку гадають, що в колі діє тільки постійна складова ЕРС Е₀ і розраховують струми та напруги, обумовлені дією цієї ЕРС. Потім вважають, що в колі діє тільки перша гармоніка ЕРС е₁ і визначають струми та напруги, породжені дією тільки цієї гармоніки і т.д.

Реактивні опори треба визначати окремо для кожної гармоніки, Необхідно підкреслити, що в установленому режимі індуктивність не чинить опору постійній складові струму , а опір конденсатора постійному струму нескінченно великий .

В колі з послідовним з`єднанням елементів R, L, C можливий резонанс напруг. Його умовою є рівність .

Діюче значення напруги і струмів визначається згідно:

Активна потужність періодичного струму довільної форми дорівнює сумі потужностей окремих гармонік:

де – діючі значення напруги і струму k-ї гармоніки.

В цій роботі для одержання несинусоїдної напруги живлення використовується k послідовно з’єднаних джерел ЕРС, які мають різне значення частоти, при цьому f₁=f, f₂=2f, f₃=3f,…,f_k=kf.