labs / lab_2
.docxФЕДЕРАЛЬНОЕ 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 № 2
«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 Rн
Uн = I*Rн – падение напряжения на нагрузке от сопротивления нагрузки Rн
Pист = E*I – мощность источника тока от сопротивления Rн
Pr = I2*r – мощность, выделяемая на внутреннем сопротивлении источника от сопротивления нагрузки Rн
Pн = I2*Rн – мощность, выделяемая на нагрузке от сопротивления нагрузки Rн
η = 100%*( Pн/Pист ) - КПД цепи от сопротивления нагрузки Pн
|
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
Rн = 100 Ом
Rн = 200 Ом
Вывод: сопротивление нагрузки не влияет на амплитуду тока ИНУТ
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:
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).
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.
Чему равно падение напряжения на нагрузке Uн при Rн=r?
Ответ: 1,2 В
Чему равна мощность, выделяемая на внутреннем сопротивлении источника Рr, при Rн=r?
Ответ: 0,0045 Вт
Чему равен КПД при Rн=r?
Ответ: 50%