Лабораторная работа №2
.docxМинистерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций
Российской Федерации Ордена Трудового Красного Знамени
федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования
Московский технический университет связи и информатики
Кафедра «Теории электрических цепей»
Лабораторная работа №2
«Исследование на ЭВМ характеристик источника постоянного напряжения»
Москва 2021
Содержание
1. Цель работы 3
2. Схема с независимым источником постоянного тока 3
3. Цепь с линейным источником переменного тока ИНУТ 8
Вывод 11
Ответы на вопросы 11
Цель работы
С помощью программы Micro-Cap получить внешние характеристики источников напряжения. Познакомиться с зависимыми источниками.
Схема с независимым источником постоянного тока
Рисунок 1-Схема с независимым источником постоянного тока
Предварительный расчет:
Принять:
E = 2,4 В – ЭДС источника;
r = 295 Ом - внутреннее сопротивление источника;
= 0, 10, 20, 40, 80, 160, 320, 640, 1280, 2560, 5120, 7000 Ом – сопротивление нагрузки.
I= E/(𝑟+ ) – ток в нагрузке от сопротивления нагрузки ;
= I* = f( ) - падения напряжения на нагрузке от сопротивления нагрузки ;
= E*I = f( ) - мощность источника от сопротивления нагрузки ;
= 𝐼^2r = f( )- мощность, выделяемая на внутреннем сопротивлении источника от сопротивления нагрузки;
= 𝐼^2 = f( ) - мощность, выделяемая на нагрузке от сопротивления нагрузки ;
η= 100 % ( / ), = f( ) - коэффициент полезного действия (КПД) цепи от сопротивления нагрузки ;
Данные, полученные по предварительному расчету записаны в таблицу 1.
Таблица 1 – Предварительный расчёт
,Ом |
I,мА |
,В |
,Вт |
,Вт |
,Вт |
μ,% |
0 |
8,13367 |
0 |
0,01946 |
0,19457 |
0 |
0 |
10 |
7,9084 |
0,0794785 |
0,01982 |
0,018485 |
0,000623 |
3,163 |
20 |
7,6396 |
0,1525674 |
0,01827 |
0,01738 |
0,00125 |
6,65 |
40 |
7,13956 |
0,284346 |
0,01783 |
0,014938 |
0,00257 |
11,764 |
80 |
6,49048 |
0,512749 |
0,01533 |
0,01256 |
0,003375 |
21,587 |
160 |
5,39367 |
0,8485425 |
0,01276 |
0,008353 |
0,004513 |
35,439 |
320 |
3,90385 |
1,248525 |
0,00949 |
0,004556 |
0,00497 |
52,138 |
640 |
2,60385 |
1,664257 |
0,00624 |
0,00235 |
0,004342 |
69,353 |
1280 |
1,54758 |
1,926835 |
0,0033 |
0,000713 |
0,002913 |
80,596 |
2560 |
0,88405 |
1,048856 |
0,001994 |
0,000252 |
0,001612 |
84,214 |
5120 |
0,493857 |
2,048936 |
0,00183 |
0,000047 |
0,000819 |
86,76 |
700 |
0,33957 |
2,102675 |
0,000757 |
0,000022 |
0,000684 |
95,95 |
На рисунке 2 представлен график зависимости тока от сопротивления нагрузки .
Рисунок 1 – График зависимости тока от сопротивления нагрузки
Как отмечено на графике: ток при (295 Ом) = 4,068 мА, а ток источника или ток короткого замыкания будет равен 7,673 мА.
На рисунке 3 представлен график зависимости напряжения от сопротивления нагрузки .
Рисунок 2 - График зависимости напряжения от сопротивления нагрузки .
Напряжение стремится к 2,4 В. Напряжение при = r (295 Ом) =1,25 В.
На рисунке 4 представлен график зависимости мощности источника от сопротивления нагрузки .
Рисунок 3 - график зависимости мощности источника от сопротивления нагрузки .
Как показано на графике: мощность источника при (295 Ом) = 9,763 мВт.
На рисунке 5 представлен график зависимости мощности, выделяемой на внутреннем сопротивлении источника от сопротивления нагрузки .
Рисунок 4 - График зависимости мощности, выделяемой на внутреннем сопротивлении источника от сопротивления нагрузки .
Как видно из графика: максимальная мощность Pm = 19,769 мВт, а Мощность, выделяемая на внутреннем сопротивлении источника, при = r (295 Ом) = 4,881 мВт.
На рисунке 6 представлен график зависимости мощности, выделяемой на нагрузке, от сопротивления нагрузки .
Рисунок 5 – График зависимости мощности, выделяемой на нагрузке, от сопротивления нагрузки
Максимальная мощность, выделяемая на нагрузке при = r (295 Ом) =4,881 мВт
На рисунке 7 представлен график зависимости КПД от сопротивления нагрузки .
Рисунок 6 – График зависимости КПД от сопротивления нагрузки .
КПД асимптотически стремится к 95,956%. КПД при = r (295 Ом) =50%.
В таблице 2 представлены значения, полученные экспериментально.
Таблица 2 – Результаты
,Ом |
I,мА |
,В |
,Вт |
,Вт |
,Вт |
μ,% |
0 |
8,1 |
0 |
0,0194 |
0,194 |
0 |
0 |
10 |
7,9 |
0,079 |
0,019 |
0,0184 |
0,0006 |
3,16 |
20 |
7,6 |
0,152 |
0,0182 |
0,017 |
0,0012 |
6,6 |
40 |
7,1 |
0,284 |
0,017 |
0,0149 |
0,002 |
11,76 |
80 |
6,4 |
0,512 |
0,0153 |
0,012 |
0,0033 |
21,58 |
160 |
5,3 |
0,848 |
0,0127 |
0,0083 |
0,0045 |
35,43 |
320 |
3,9 |
1,248 |
0,0094 |
0,0045 |
0,0049 |
52,13 |
640 |
2,6 |
1,664 |
0,0062 |
0,002 |
0,0043 |
69,35 |
1280 |
1,5 |
1,92 |
0,0036 |
0,0007 |
0,0029 |
80,5 |
2560 |
0,8 |
1,048 |
0,0019 |
0,0002 |
0,0016 |
84,21 |
5120 |
0,4 |
2,048 |
0,001 |
0,00004 |
0,0008 |
89,76 |
7000 |
0,3 |
2,1 |
0,0007 |
0,00002 |
0,0006 |
95,95 |
Цепь с линейным источником переменного тока ИНУТ
На рисунке 8 представлена схема цепи с линейным источником напряжения, управляемым переменным током (ИНУТ).
Рассчитаем амплитуду напряжения на нагрузке, если:
ИНУТ: γ = 3 Ом – управляющее сопротивление;
i(t) = 2sin(2πft) – управляющий ток, f = 2 кГц – частота;
=70 Ом, =200 Ом – значения сопротивления нагрузки
, = * γ – амплитуда напряжения.
Результаты предварительного расчета по цепи ИНУТ и результаты, полученные экспериментально, представлены в таблице 3.
Таблица 3 – Предварительный расчёт по цепи ИНУТ и результаты, полученные экспериментально
По предварительному расчеты ЭВМ
𝑅𝐻,Ом |
γ,Ом |
𝐼𝑚,А |
𝑈𝑚,В |
𝑈𝑚,В |
70 |
3 |
1,6 |
4,8 |
4,8 |
200 |
3 |
1,6 |
4,8 |
4,8 |
На рисунке 9 представлен график зависимости напряжения на нагрузке от времени и управляющего тока при 𝑅𝐻=70 Ом.
Рисунок 9 - график зависимости напряжения на нагрузке от времени и управляющего тока при RH=70 Ом.
Амплитуда напряжения ИНУТ = 4,8 В, амплитуда управляющего тока = 1,6 А.
На рисунке 10 представлен график зависимости напряжения на нагрузке от времени и управляющего тока при =200 Ом.
Рисунок 10 - график зависимости напряжения на нагрузке от времени и управляющего тока при =200 Ом.
Вывод
С помощью программы Micro-Cap получил внешние характеристики источников напряжения. Познакомился с зависимыми источниками.
Ответы на вопросы
1) Какой источник называется источником ЭДС? Приведите примеры независимых и зависимых источников.
Ответ: Источник ЭДС (или идеальный источник напряжения) – это активный элемент с двумя зажимами, напряжение на которых не зависит от тока, проходящего через источник. Независимые источники-батарея(химические источники тока), сеть в розетке 220В и тд; зависимый источник – ИТУН и ИНУТ.
2) Режимы работы источника ЭДС.
Ответ:
a) Режим холостого хода – это режим, при котором сопротивление приемника стремится к бесконечности.
b) Номинальный режим – это режим, на который рассчитывается источник (т.е. напряжение, ток и мощность его соответствуют тем значениям, на которые он рассчитан заводами-изготовителями)
c) Согласованный режим - это режим, при котором в нагрузку отдается максимальная мощность.
d) Режим короткого замыкания – режим, при котором сопротивление приемика становится равным нулю.
3) Чему равно падение напряжения на нагрузке при = r?
Ответ: 1,2 В(половине входного напряжения)
4) Чему равна мощность, выделяемая на внутреннем сопротивлении источника при = r?
Ответ: 0,0045 Вт(половине мощности источника)
5) Чему равен КПД при = r?
Ответ: 50%