Лабораторна робота № 5 Тема: Дослідження нелінійних електричних елементів

Мета роботи - вивчити нелінійні елементи електричних кіл, зняти вольт-амперні характеристики їх і ознайомитися з методами розрахунків.

Теоретичні відомості

Електричні кола можуть містити елементи, параметри яких залежать від прикладеної напруги U та струму I, що проходить через них, причому струм нелінійно залежить від напруги. Такі елементи називаються нелінійними. До них належать напівпровідникові діоди, транзистори та інші елементи.

Основною характеристикою нелінійних елементів, за якою роблять висновок про електричні властивості їх, є залежність I=f(U). Її називають вольт-амперною характеристикою. Оскільки теоретично останню розрахувати не можна, цю характеристику визначають експериментально.

Як нелінійний опір можна використати лампу розжарювання на самому початку її вольт-амперної характеристики (рис. 1), тобто до того часу, поки не розжарився вольфрамовий волосок.

Розрахунок нелінійних електричних кіл, як правило, виконують графічно, Для цього, наприклад, експериментально знімають вольт-амперну характеристику спочатку лампи розжарювання НL1 (рис.2, а), потім - НL2. Якщо лампи розжарювання з'єднані послідовно (як на рис.2, а), то загальний опір кола знаходять так. Струм, що проходить в ньому, є загальним для обох ламп (рис. 2, б). Прикладена напруга U_заг визначається сумою напруг U₁ і на лампі HL₁ і U₂ на лампі НL₂. Задаючись різними значеннями струму I_заг, і визначаючи за кривими I, II значення напруг U₁ і U₂ і підсумовують їх, дістаючи U_заг (крива III). Таким чином будується вольт-амперна характеристика всього кола.

Рисунок 1

При паралельному з'єднанні нелінійних опорів - ламп розжарювання НL₁ і НL₂ (рис. 3, а) розрахунок ведуть так. Напруга, прикладена до обох ламп, є загальною для них (U_заг), а струм у колі дорівнює сумі струмів, які проходять через кожну з ламп (рис 3, б). Тому, відклавши на горизонтальній осі значення напруги U_зaг і поставивши перпендикуляр до перетину з кривими І і II, знайдемо значення струмів І₁ та І₂, сума яких І_заг = І₁+І₂ визначає струм у нерозгалуженій частині кола.

Рисунок 2

Рисунок 3

Порядок виконання роботи

1. Ознайомитися з лабораторною установкою.

2. Скласти електричну схему. згідно з схемою 4 (див, дод. 1) для дослідження нелінійних елементів, увімкнувши в схему спочатку лампу потужністю 25 Вт.

3. Змінюючи напругу U_заг від 0 до 100 В з інтервалом 15...20 В, зняти вольт-амперну характеристику кола; експериментальні дані занести в табл. 1.

Таблиця 1

Номер досліду			1	2	3	4	5	6
Експерементальні дані	І, А	P1 = 25 Вт P2 = 40 Вт
	U, В	P1 =25 Вт P2 = 40 Вт
Результати обчислень	R, Ом	P1 =25 Вт P2 = 40 Вт

4. Замінивши в схемі лампу потужністю 25 Вт електричною лампою потужністю 40 Вт, повторити п. 3.

5. Визначити опори електричних ламп і результати обчислень занести в табл. 1.

6. Скласти електричну схему згідно з схемою 2 для дослідження послідовного з'єднання нелінійних елементів.

7. Змінюючи напругу U_заг від 0 до 100 В з інтервалом 15...20 В, зняти вольт-амперну характеристику кола; екс­периментальні дані занести в табл. 2

Таблиця 2

№ досліду			1	2	3	4	5	6
З'єднання нелінійних елементів	Послідовне	І, А U, В
	Паралельне	I, А U, В

8. Скласти електричну схему згідно з схемою 3 для дослідження паралельного з'єднання нелінійних елементів.

9. Змінюючи напругу U_заг від 0 до 100 В з інтервалом 15...20 В, зняти вольт-амперну характеристику кола; експериментальні дані занести в табл. 2.

10. За даними табл. 1 побудувати на одному графіку вольт-амперні характеристики ламп потужністю 25 і 40 Вт. На цьому самому графіку, підсумовуючи обидві вольт-амперні характеристики, побудувати загальну вольт-амперну характеристику послідовного кола й порівняти її з експериментально знятою характеристикою відповідно до п. 7.

11. За даними табл.1 побудувати на одному графіку вольт-амперні характеристики ламп потужністю 25 і 40 Вт. На цьому самому графіку, підсумовуючи обидві вольт-амперні характеристики, побудувати загальну вольт-амперну характеристику паралельного кола й порівняти її з експериментально знятою характеристикою відповідно до п. 9.

12. Скласти звіт.