Skhemotekhnika_1

бесконечность. Идеальные источники как тока, так и напряжения являются теоретической абстракцией и реально не существуют. Для любого реального источника можно указать такие диапазоны изменения сопротивления нагрузки, что при нахождении сопротивления нагрузки внутри них источник можно приближенно считать источником напряжения или источником тока.

Пример 4.1. Для источника, нагрузочная характеристика которого изображена на рис. 4.5, найти диапазоны изменения нагрузки, в которых источник с точностью 2% можно считать источником напряжения или источником тока.

Решение. В диапазоне 19,2…20 В напряжение имеет среднее значение 19,6 В и изменяется не более чем на 2%. Напряжению 19,2 В

41

соответствует ток 1,7 А, который реализуется при сопротивлении нагрузки 19,2 В/1,7 А = 11,63 Ом. Поэтому, если сопротивление нагрузки лежит в диапазоне 11,63 Ом...∞ , источник

энергии можно считать источником напряжения. Аналогично, в диапазоне 4,8…5 А ток при сред-

нем значении 4,9 А изменяется не более чем на 2%. Току 4,8 А соответствует напряжение 4 В, что имеет место при сопротивлении нагрузки 4 В/4,8 А = 0,83 Ом. Следовательно, при сопротивлении нагрузки 0…0,83 Ом источник является источником тока.

Используемые на практике лабораторные источники энергии, как правило, имеют прямоугольную выходную характеристику, вид которой показан на рис. 4.6. Поскольку источники энергии являются двухполюсниками, к ним применимы все методы анализа, используемые при расчете двухполюсников.

Так, при последовательном соединении источников их нагрузочные характеристики складываются так, что при фиксированном токе складываются напряжения первой и второй нагрузочной характеристик. При параллельном соединении источников при фиксированном напряжении складываются токи первой и второй характеристик. Для линейных источников это означает, что при их последовательном соединении параметры суммарного источника имеют значения:

а при параллельном эти параметры определяются выражениями:

42

Приведенными соображениями можно также пользоваться при анализе присоединения к источнику (параллельно или последовательно) резистора. При этом следует иметь в виду, что резистор можно представить как линейный источник с нулевыми значениями напряжения холостого хода и тока короткого замыкания.

Пример 4.2. Рассмотреть источник с нагрузочной характеристикой, изображенной на рис. 4.5. Построить нагрузочные характеристики источника с присоединенным последовательно резистором 5 Ом, а также с присоединенным параллельно резистором 10 Ом.

Решение. Резистор 5 Ом можно представить в виде линейного источника. Его нагрузочная характеристика изображена на рис. 4.7а. Нарисуем на одном графике нагрузочную характеристику исходного

Рис. 4.7а. Нагрузочная характеристика последовательного соединения источника (рис. 4.5.) и резистора 5 Ом

источника и нагрузочную характеристику резистора. Затем на фиксированных значениях тока сложим напряжения первой и второй нагрузочной характеристик. Точки полученной кривой образуют нагрузочную характеристику U1(I ) последовательно соединенных исходного источника и резистора 5 Ом, изображенную на рис. 4.7.а.

Аналогично нарисуем на одном графике нагрузочные характеристики параллельного соединения исходного источника и резистора 10 Ом (рис. 4.7б). При фиксированных значениях напряжения сложим токи обеих характеристик. Полученные точки образуют нагрузочную

43

характеристику исходного источника с параллельно присоединенным резистором 10 Ом, приведенную на рис. 4.7б.

Рис. 4.7б. Нагрузочная характеристика параллельного соединения источника рис. 4.5 и резистора 10 Ом

Рассматривая пример 4.2, можно сделать следующие выводы:

∙при последовательном присоединении резистора к источнику его напряжение холостого хода остается неизменным, а ток короткого замыкания уменьшается;

∙при параллельном присоединении резистора к источнику его ток короткого замыкания остается неизменным, а напряжение холостого хода уменьшается.

Контрольные вопросы

1.Являются ли идеальные источники тока и напряжения источниками электрической энергии?

2.Может ли напряжение на клеммах источника быть больше, чем напряжение холостого хода?

3.Может ли ток, выдаваемый линейным источником, быть больше, чем ток короткого замыкания?

4.Возможны ли отрицательные значения при вычислении внутреннего сопротивления источника по формуле R = −( U I )?

5.Определите диапазоны изменения нагрузки лабораторного источника (рис. 4.6), в которых его можно считать идеальным источником тока и идеальным источником напряжения.

44

6.Определите параметры источника, являющегося параллельным соединением N одинаковых линейных источников с известными параметрами.

7.Определите параметры источника, являющегося последовательным соединением N одинаковых линейных источников с известными параметрами.

Программа лабораторной работы

1.Получить у преподавателя источник электрической энергии.

2.Подключая к источнику резисторы различных номиналов и измеряя напряжение на клеммах источника и ток, выдаваемый источником, снять нагрузочную характеристику.

3.Подключить к источнику резистор с сопротивлением, указанным преподавателем. Пользуясь построенной нагрузочной характеристикой, определить напряжение на резисторе и ток через него. Измерить эти значения и сравнить с расчетными.

4.По построенной нагрузочной характеристике определить диапазоны изменения нагрузки, в которых источник можно считать идеальным источником тока или напряжения.

5.По указанию преподавателя (сопротивление, тип подключения) подключить к источнику резистор. Графически построить нагрузочную характеристику получившегося источника. Подключить к получившемуся источнику 2–3 различных нагрузки и измерить напряжение на них и ток через них. Сравнить с расчетными значениями.

Содержание отчета

Отчет должен содержать:

1. Таблицу измерений напряжения и тока источника при различных сопротивлениях нагрузки.

45

2.Построенную на миллиметровке нагрузочную характеристику источника.

3.Графическое определение напряжения на заданной преподавателем нагрузке и тока через нее и их измеренные значения.

4.Графическое определение диапазонов изменения нагрузки, в которых источник является идеальным источником тока или напряжения.

5.Графически построенную нагрузочную характеристику источника с подключенным к нему резистором и результаты измерений напряжения и тока через подключенные к нему нагрузки.

Задачи для самостоятельного решения

Согласно программе лабораторной работы провести исследования следующих источников электрической энергии:

46

47

48

ТЕМА 5. ОСЦИЛЛОГРАФ

экран осциллографа луч осциллографа

горизонтальная развертка, вертикальная развертка

фигуры Лиссажу внешняя развертка, внутренняя развертка

горизонтальное смещение, вертикальное смещение

синхронизация развертки уровень синхронизации

внутренняя синхронизация, внешняя синхронизация автоматическая развертка, ждущая развертка

маркерные измерения

Осциллограф является основным прибором для исследования процессов в электрических цепях. С его помощью можно исследовать развитие того или иного процесса во времени, измерить параметры быстропротекающих процессов, изучить синхронизацию двух или более процессов и т.д.

У любого осциллографа обязательно есть экран. Он является плоскостью, на которой изображена одна точка с двумя координатами X и Y — горизонтальной и вертикальной координатой соответственно. В первых осциллографах изображение точки создавалось электронным лучом, поэтому синонимом положения точки является положение луча осциллографа. Положение луча осциллографа управляется двумя напряжениями, подаваемыми на вход X и вход Y осциллографа. Эти напряжения носят названия напряжение горизонтальной раз- вертки и напряжение вертикальной развертки осциллографа. Другое название упомянутых входов осциллографа – вход горизонтальной развертки и вход вертикальной развертки. Некоторые осциллографы,

помимо этих входов, имеют еще вход Z, напряжение на котором управляет яркостью точки (или яркостью луча осциллографа).

Изменяя напряжение на входах X и Y осциллографа, можно управлять положением луча на его экране. Если напряжения меняются достаточно быстро, последовательные положения точки на экране осциллографа быстро сменяют друг друга и сливаются в одну линию.

49

На рис. 5.1 показаны изображения на экране осциллографа, на входы которого подаются переменные напряжения разных частот. Такие изображения называются фигурами Лиссажу.

ωx ωy =12, ϕy − ϕx = π4 ωx ωy = 23, ϕy − ϕx = π16 ωx ωy = 57, ϕy − ϕx = 0

Рис. 5.1. Фигуры Лиссажу на экране осциллографа,

Ux = sin(ωxt + ϕx ), Uy = sin(ωyt + ϕy ).

Режим работы осциллографа, при котором на вход X подается внешний сигнал, называется режимом внешней развертки. Сигналы, поступающие на входы X и Y осциллографа, как правило, усиливаются соответственно усилителями горизонтальной и вертикальной развертки, коэффициент усиления которых может регулироваться и принимать фиксированные значения; единица измерения — вольт на деление (В/дел.). Зная коэффициент усиления усилителей разверток осциллографа, можно определить параметры сигналов, подаваемых на входы осциллографа. К внешним сигналам осциллографа добавляются также постоянные составляющие, величина которых может изменяться. Постоянные составляющие необходимы для сдвига изображения по экрану. Органы управления, регулирующие постоянные со-

ставляющие, называются горизонтальным смещением и вертикаль-

ным смещением. В практике радиоизмерений часто встречается задача исследования переменного сигнала малой амплитуды, к которому добавлена большая постоянная составляющая. Для того чтобы исключить эту постоянную составляющую из напряжения, подаваемого на входы разверток осциллографа, как правило, предусматривается возможность включения между источником сигнала и входом осциллографа фильтра высокой частоты, не пропускающего постоянную составляющую. Включение фильтра осуществляется тумблером с положениями «~» — фильтр включен и «–» — фильтр выключен.

Гораздо чаще, чем режим внешней развертки, на практике ис-

50