МИНИСТЕРСТВО ЦИФРОВОГО РАЗВИТИЯ СВЯЗИ И МАССОВЫХ КОММУНИКАЦИЙ

Ордена Трудового Красного Знамени

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Московский технический университет связи и информатики»

Кафедра «Теория электронных цепей»

Лабораторная №2

по дисциплине «Электротехника» на тему:

«Исследование на ЭВМ характеристик источника постоянного напряжения»

Выполнила: студентка группы БСТ2105

Первухина А. А.

Проверил:

Мосичев А.В.

Москва

2022

Цель работы: с помощью программы получить внешние характеристики источника напряжения. Познакомиться с зависимыми источниками.

Исходные данные

Е = 2.4 В – ЭДС источника

r = 320 Ом– внутреннее сопротивление источника

= 0, 10, 20, 40, 80, 320, 1280, 2560, 5000 Ом – сопротивление нагрузки

Расчетные формулы

I = E/(r + Rн) – ток в нагрузке от сопротивления нагрузки Rн;

= IRн - падения напряжения на нагрузке от сопротивления;

= EI - мощность источника от сопротивления нагрузки Rн;

= r - мощность, выделяемая на внутреннем сопротивлении источника от сопротивления нагрузки Rн;

= Rн - мощность, выделяемая на нагрузке от сопротивления нагрузки Rн;

η =100%(Pн/Pи) - коэффициент полезного действия(КПД) цепи от сопротивления нагрузке Rн

1. Расчёт и построение графика ).

Рис. 1.1 Расчёт зависимости тока в нагрузке от сопротивления нагрузки ю

Рис. 1.2 График зависимости тока в нагрузке от сопротивления нагрузки

2. Расчет и построение графика .

Рис. 2.1 Расчёт зависимости падения напряжения на нагрузке от сопротивления нагрузки

Рис. 2.2 График зависимости падения напряжения на нагрузке от сопротивления нагрузки

3. Расчёт и построение графика .

Рис. 3.1 Расчёт зависимости мощности источника от сопротивления нагрузки

Рис. 3.2 График зависимости мощности источника от сопротивления нагрузки

4. Расчёт и построение графика .

Рис. 4.1 Расчёт зависимости мощности, выделяемой на внутреннем сопротивлении источника от сопротивления нагрузки

Рис. 4.2 График зависимости мощности, выделяемой на внутреннем сопротивлении источника от сопротивления нагрузки

5. Расчёт и построение графика .

Рис. 5.1 Расчёт зависимости мощности, выделяемой при нагрузке от сопротивления нагрузки

Рис. 5.2 График зависимости мощности, выделяемой при нагрузке от сопротивления нагрузки

6. Расчет и построение графика .

Рис. 6.1 Расчёт зависимости КПД цепи от сопротивления нагрузки

Рис. 6.2 График зависимости КПД цепи от сопротивления нагрузки

Экспериментальное исследование характеристик источника

Построим схему в Micro-Cap (рис. 7), чтобы сравнить результаты, полученные в предварительных расчётах.

Рис. 7 Схема цепи для эксперимента

Графики зависимостей для 1 схемы:

1)Зависимость тока от сопротивления нагрузки

Рис. 8 Построение зависимости тока от сопротивления нагрузки

Вывод: при увеличении сопротивления нагрузки уменьшается сила тока.

2)Зависимость напряжения от сопротивления нагрузки

Рис. 9 Построение зависимости падения напряжения на нагрузке от сопротивления нагрузки

Вывод: при увеличении сопротивления нагрузки увеличивается напряжение.

3)Зависимость мощности источника от сопротивления нагрузки

Рис. 10 Построение зависимости мощности источника от сопротивления нагрузки

Вывод: при увеличении сопротивления нагрузки уменьшается мощность источника.

4) Зависимость мощности выделяемой на внутреннем сопротивлении источника от сопротивления нагрузки .

Рис. 11 Построение зависимости мощности, выделяемой на внутреннем сопротивлении источника от сопротивления нагрузки

Вывод: при увеличении сопротивления нагрузки уменьшается мощность, выделяемая на внутреннем сопротивлении источника.

5) Зависимость мощности выделяемой на нагрузке от сопротивления нагрузки

Рис. 12 Построение зависимости мощности, выделяемой на нагрузке от сопротивления нагрузки

Вывод: при увеличении сопротивления нагрузки мощность, выделяемая на нагрузке, сначала растет (до Rн=r), а затем падает.

6)Зависимости КПД цепи от сопротивления нагрузки

Рис. 13 Построение зависимости КПД цепи от сопротивления нагрузки

Вывод: при увеличении сопротивления нагрузки КПД цепи растёт.

Таблица расчётов.

По предварительному расчету								Получено экспериментально
	I, мА	, В	, Вт	, Вт	, Вт	η, %	I, мА		, В	, Вт	, Вт	, Вт	η, %
0	7,5	0	0,018	0,018	0	0	7,5		0	0,018	0,018	0	0
10	7,273	0,073	0,017	0,017	0,0005	2,94	7,273		0,073	0,017	0,017	0,0005	2,94
20	7,059	0,141	0,017	0,016	0,001	5,88	7,059		0,141	0,017	0,016	0,001	5,88
40	6,667	0,267	0,016	0,014	0,0018	11,25	6,667		0,267	0,016	0,014	0,0018	11,25
80	6	0,48	0,014	0,012	0,0028	20	6		0,48	0,014	0,012	0,0028	20
320	3,75	1,2	0,0091	0,004	0,005	55	3,75		1,2	0,0091	0,004	0,005	55
1280	1,5	1,92	0,004	0,0007	0,0028	70,7	1,5		1,92	0,004	0,0007	0,0028	70,7
2560	0,833	2,132	0,002	0,0002	0,0016	84,21	0,833		2,132	0,002	0,0002	0,0016	84,21
5000	0,451	2,255	0,0011	0,0001	0,0011	91	0,451		2,255	0,0011	0,0001	0,0011	91

Общий вывод

Данные и графики, полученные в результате машинного эксперимента в программе MicroCap, полностью совпадают с данными и графиками, полученными в результате предварительного расчёта.

Вопросы для самопроверки.

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

Ответ: Источник способный создавать и поддерживать на своих зажимах определенную разность потенциалов. Независимые источники: аккумулятор, батарея. Зависимые источники: ИНУТ, ИТУТ.

2. Режимы работы ЭДС.

Ответ: Режим холостого хода (I=0), режим короткого замыкания.

3. Чему равно падение напряжения на нагрузке U_H при R_H = r?

Ответ: U_н = IR_н, I = E/(r + R_н), R_н = r, следовательно, U_н = E*r/2r = E/2. Подставим числовые значения: U_н = 2,4 / 2 = 1.2 В.

4. Чему равна мощность, выделяемая на внутреннем сопротивлении источника Р_r, при R_H = r?

Ответ: P_r = I²r, I = E/(r + R_н), R_н = r, следовательно, P_r = E²*r/4r² = E²/4r. Подставим числовые значения: P_r = 5,76/1280 = 0,0045 Вт

5. Чему равен КПД при R_H = r?

Ответ: η = 100%(P_н/P_ист), P_ист = EI, P_н = I²R_н, I = E/(r + R_н), R_н = r, следовательно, η = 100%(I²r/EI) = 100%(Ir/E) = 100%(Er/2r/E) = 100% * ½ = 50%.