ЭлТехн-МетУказV1_00

92

1.Программа MultiSIM 8.0.

2.Файлы моделей схем для исследования нелинейных цепей.

3.Электромонтажный инструмент

4.Монтажные провода

5.Монтажная плата

6.Блок питания

7.Набор радиоэлектронных элементов: три резистора (из них один – переменный) и два однотипных диода или стабилитрона.

8.Программы для выполнения расчетов и построения графиков: MathCAD или Excel.

93

Задание

1.Снять ВАХ обоих предложенных в задании нелинейных элементов и оценить разброс их параметров. Результаты измерений занести в таблицу 7.1. Построить ВАХ для обоих элементов, при необходимости с использованием различных масштабов токов и напряжений для прямой и обратной ветви. При выборе прямой и обратной ветви руководствоваться рисунком 7.3. Если для обоих элементов величины напряжений при снятии ВАХ задавались одинаковыми, то в таблице 7.1 можно удалить строки 3,7.

Таблица 7.1 – Результаты измерения ВАХ исследуемых эле-

ментов_____________

2.Для предложенной в задании схемы построить ее ВАХ графическим методом. При необходимости собрать схему и убедиться в верности сделанных вычислений.

3.Рассчитать протекающий через схему ток IA, если последовательно с ней установить еще один резистор, величина которого равна величине сопротивления Rд, и к полученной цепи приложить напряжение Е0, величина которого указана в задании. Полученное значение тока принять равным величине тока в рабочей точке нелинейного элемента. Для найденной точки А найти параметры экви-

валентных генераторов тока и напряжения Jэкв, Eэкв, Rg, дифференциальное Rd и статическое Rs сопротивление схемы. Результаты расчета занести в таблицу 7.2.

Таблица 7.2 – Результаты расчета параметров рабочей точки и эквивалентных источников для заданной схемы для E0=___ В, Rд=_______ кОм

Наименование параметра IA UA Rd Rs Eэкв Jэкв Rg

Единица измерения

Значение параметра

94

4. Оценить изменения положения рабочей точки, если приложенное напряжение (для части заданий – величина последовательно включенного со схемой сопротивления) изменится на указанную в задании величину К в процентах в положительную и отрицательную сторону. Расчет выполнить графически и в линейном приближении с использованием приведенных в теоретической части описания обозначений. По значениям токов и напряжений на схеме в рабочей точке и в точках крайнего отклонения от нее, определенных в предыдущем пункте, оценить величину погрешности вычисления в линейном приближении для положительных и отрицательных отклонений. Результаты расчета занести в таблицу 7.3. Таблица 7.3 – Результаты расчета погрешности линеаризации ВАХ для заданной схемы для К = ____%

5.Аппроксимировать ВАХ по трем точкам А, В и С параболой и оценить величину погрешности линейного приближения, если величину отклонения напряжения уменьшить в заданное число раз Km. Результаты расчета занести в таблицу 7.4.

Таблица 7.4 – Результаты расчета погрешности линеаризации ВАХ для заданной схемы для К = ____% и Km = ___

95

6.Собрать, или взять из файла (при его наличии) схему, показанную на рисунке 7.5 и посмотреть формы ВАХ для реальных и виртуальных диодов и стабилитронов, которые в программе называются диодами Зенера (Zener Diod). Меняя масштабы по осям X и Y оценить порядок значений прямых напряжений и обратных токов, а для диодов Зенера – величину дифференциального напряжения на участке пробоя на обратной ветви. Выявить различие между ВАХ реальных, виртуальных диодов и стабилитронов, а также ВАХ их моделей.

Указания к выполнению работы

1.Если величина обратных токов через диод (стабилитрон) будет очень мала (менее 1мА), переключить вольтметр не после, а до амперметра. Если показания вольтметра и амперметра изменятся, сделать соответствующие выводы и внести в результаты измерения соответствующие коррективы в предположении постоянства внутренних сопротивлений амперметра и вольтметра и производить снятие обратной ветви ВАХ по измененной схеме.

2.Для большей наглядности на графиках прямой и обратной ВАХ, построенных с разными масштабами, показать фрагмент участка ВАХ противоположной ветви в том же масштабе, что и основной график.

3.Для тех, кто еще не усвоил приведенный в указаниях к работе 2 правил снятия ВАХ, равно как и любых иных экспериментальных зависимостей, можно воспользоваться несколько иной интерпретацией этих правил:

выяснить предполагаемый вид снимаемой зависимости, в первую очередь, возможный диапазон ее изменения, наличие на кривой характерных изгибов и экстремальных точек (максимумов, минимумов, перегибов и прочее)

С помощью органов регулировки снять показания приборов в одной из крайних точек зависимости;

Плавно изменяя величину параметра – аргумента, изменить ее до другого крайнего значения (от максимума к минимуму или наоборот), наблюдая при этом за изменением параметра – функции и отмечая при этом значения аргумента, где функция проходит через

96

экстремальные точки или характер ее изменения резко меняется (с плавного на резкий и наоборот). В результате получится набор участков с различным характером поведения функции.

После выделения всех участков для каждого из них задать равномерно две – три точки, и в окрестности каждой из границ участков

– еще по две – три точки для их более четкой локализации. В этих точках и будет производиться измерение значения функции. В большинстве случаев общее число точек редко превысит 5 – 10, включая граничные точки. Нужно постараться выбрать точки так, чтобы значения аргумента в них было кратным некоторой целой величине, помноженной на целую степень числа 10 с одной – двумя значащими цифрами, например, 100, 0.1, 2.5 и т.д. Если функция меняется резко, а аргумент – медленно, тогда нужно задавать точки отсчета не по значению аргумента, а по значению функции. Такой подход позволит ставить точки на графике более точно хотя бы по одной координате. Да и при необходимости расчетов работать с «круглыми» цифрами всегда удобнее. А вот в окрестности границ точные значения точек можно уточнять и по ходу эксперимента, хотя и там лучше придерживаться указанного метода.

Начертить на листе бумаги область построения графика, выбрав наиболее подходящие масштабы так, чтобы, с одной стороны, график был максимально большим, а, с другой стороны, было легко откладывать значения. Поэтому не стоит брать масштаб, например 3 клетки на деление. Лучше взять 2 клетки, если для 4-х график выйдет за пределы листа. В качестве листка можно использовать кусок миллиметровой бумаги, либо листок из тетради в клеточку.

Произвести измерения в выбранных точках, одновременно откладывая найденные значения на графике. Это позволит сразу же исключить грубые ошибки отсчета, а при необходимости и снять дополнительные точки для уточнения вида графика. Когда все измерения и построения будут закончены, можно из таблицы вычеркнуть ненужные отсчеты, и переписать ее, если появившиеся дополнительные отсчеты оказались неупорядоченными с остальными данными.

Содержание отчета

1.Графики ВАХ обоих исследуемых элементов и предложенной в задании схемы. ВАХ прямой и обратной ветви строить в разных масштабах с учетом п.2 указаний.

2.Таблицы с экспериментально полученными значениями ВАХ

97

3.График ВАХ предложенной в задании схемы, на которой показаны все необходимые для выполнения графических расчетов построения.

4.Таблицы с результатами перечисленных в задании расчетов.

5.ВАХ одного из диодов или стабилитронов произвольно выбранного типа, снятую на виртуальном характериографе в среде MultiSIM.

Вопросы для самопроверки по лекционному материалу

1.Какие элементы в электротехнике называют нелинейными, а какие

– нелинейными?

2.Какие характеристики нелинейны у конденсаторов?

3.Какие характеристики нелинейны у индуктивностей?

4.Почему метод наложения неприменим к нелинейным цепям?

5.Что такое управляемое и неуправляемое нелинейное сопротивление?

6.Какими параметрами характеризуется нелинейное сопротивление?

7.Почему статическое сопротивление пассивного нелинейного Элемента всегда больше нуля, а дифференциальное или динамическое сопротивление могут иметь любой знак?

8.Что называют падающим участком ВАХ?

9.Какие типы ВАХ бывают и какую роль они играют в технике?

10.Какие существуют методы расчета нелинейных цепей?

11.Как найти ВАХ последовательно соединенных нелинейных сопротивлений?

12.Как найти ВАХ параллельно соединенных нелинейных сопротивлений?

13.Как найти ВАХ произвольной цепи, состоящей из нелинейных сопротивлений?

14.Как найти напряжение на нелинейном сопротивлении, подключенном через другое нелинейное сопротивление к источнику ЭДС?

15.Как найти ток на нелинейном сопротивлении, подключенном параллельно с другим нелинейным сопротивлением к источнику тока?

16.Как найти параметры эквивалентной схемы нелинейного сопротивления в линейном приближении?

17.Как найти эквивалентные параметры параллельно соединенных цепочек, состоящих из последовательно включенных ЭДС и нелинейного сопротивления?

18.Как применить метод двух узлов к нелинейным цепям?

98

19.Как рассчитываются цепи с одним нелинейным резистором и произвольным числом линейных?

20.В каких случаях для расчета нелинейных цепей можно применить метод эквивалентного генератора?

21.В чем преимущества и недостатки аналитических методов расчета по сравнению с графическими?

Вопросы для самопроверки по лабораторной работе

1.Какой вид имеет ВАХ диода?

2.В каких пределах лежит прямое напряжение для исследуемых в работе диодах?

3.Какой вид имеет ВАХ стабилитрона?

4.Каков порядок прямого тока у исследуемых в работе нелинейных элементов?

5.Каков порядок обратного тока у исследуемых в работе нелинейных элементов?

6.Зачем в схеме для снятия ВАХ последовательно с исследуемым элементом установлен постоянный резистор?

7.Какие виды аппроксимации используются для аналитического расчета нелинейных элементов?

8.С какой целью в работе применялась аппроксимация ВАХ нелинейного элемента параболой?

9.В каких пределах ВАХ прямой ветви диода (стабилитрона) можно считать линейной?

10.Есть ли на обратной ветви диода (стабилитрона) участки >1 В, которые можно аппроксимировать линейной зависимостью?

11.Как следует расставить точки по напряжению, чтобы снять прямую ветвь диода (стабилитрона)?

12.Как следует расставить точки по напряжению, чтобы снять обратную ветвь диода (стабилитрона)?

13.Влияет ли неидеальность используемых в работе приборов на достоверность снятых показаний?

14.Как качественно параметры ВАХ отдельных элементов предложенной в задании цепи влияют на результирующую характеристику?

15.Имеет ли ВАХ соответствующего элемента в программе MultiSIM вид, аналогичный ВАХ реального элемента?

16.Каков порядок прямого падения напряжения на виртуальном диоде?

17.Каков порядок обратного тока на виртуальном диоде?

Варианты заданий к лабораторной работе № 8

99

1 Д – диод, С- стабилитрон

100