ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО СВЯЗИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ
БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО
ОБРАЗОВАНИЯ
МОСКОВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СВЯЗИ И ИНФОРМАТИКИ
(МТУСИ)
Кафедра теории электрических цепей
Лабораторная работа № 2
«Исследование на ЭВМ характеристик источника постоянного напряжения»
Выполнила студент группы _______________ фио
Проверил доц. кафедры ТЭЦ ______________ фио
Москва 0000
Цель работы: С помощью программы получить внешние характеристики источника напряжения. Познакомиться с зависимыми источниками.
Схема 1:
Предварительный расчёт:
а) Зависимость тока I от сопротивления нагрузки Rn в цепи.
Е = 2.4 В – ЭДС источника
r = 320 Ом – внутреннее сопротивление источника
Rn = 0, 10, 20, 40, 80, 320, 1280, 2560, 5000 Ом
Формулы
I = E/ (r + Rн) – ток в нагрузке от сопротивления нагрузки Rн;
Uн = I*Rн=f*(Rн)-падения напряжения на нагрузке от сопротивления;
Pист = EI =f*(Rн)-мощность источника от сопротивления нагрузки Rн;
Pr=I^2*r=f(Rн)-мощность, выделяемая на внутреннем сопротивлении источника от сопротивления нагрузки Rн;
Pн=I^2*Rн=f(Rн)-мощность, выделяемая на нагрузке от сопротивления нагрузки Rн;
Mu =100%(Pн/Pи)=f(Rн)-коэффициент полезного действия(КПД) цепи от сопротивления нагрузке Rн
Расчёты:
I = E/ (r + Rн) – ток в нагрузке от сопротивления нагрузки Rн;
I1 = E / (r + Rn1) = 2.4/ (320 + 0) = 0,0075 A = 7,5 мА
I2 = E / (r + Rn2) = 2.4/ (320 + 10) = 0,007272 A = 7,273 мА
I3 = E / (r + Rn3) = 2.4/ (320 + 20) = 0,007059 A = 7,059 мА
I4 = E / (r + Rn4) = 2.4/ (320 + 40) = 0,006667 A = 6,667 мА
I5 = E / (r + Rn5) = 2.4/ (320 + 80) = 0,006 A = 6 мА
I6 = E / (r + Rn6) = 2.4/ (320 + 320) = 0,00375 A = 3,75 мА
I7 = E / (r + Rn7) = 2.4/ (320 + 1280) = 0,0015 A = 1,5 мА
I8 = E / (r + Rn8) = 2.4/ (320 + 2560) = 0,000833 A = 0,833 мА
I9 = E / (r + Rn9) = 2.4/ (320 + 5000) = 0,000451 A = 0,451 мА
Uн = I*Rн=f*(Rн)-падения напряжения на нагрузке от сопротивления;
Un1 = I1Rn1 = 0,0075 * 0 = 0 В
Un2 = I2Rn2 = 0,007272 * 10 = 0,073 В
Un3 = I3Rn3 = 0,007059 * 20 = 0,141 В
Un4 = I4Rn4 = 0,006667 * 40 = 0,267 В
Un5 = I5Rn5 = 0,006 * 80 = 0,48 В
Un6 = I6Rn6 = 0,00375 * 320 = 1,2 В
Un7 = I7Rn7 = 0,0015 * 1280 = 1,92 В
Un8= I8Rn8 = 0,000833 * 2560 = 2,132 В
Un9 = I9Rn9 = 0,000451 * 5000 = 2,255В
Pист = EI =f*(Rн)-мощность источника от сопротивления нагрузки Rн;
Pист1 = EI1 = 2,4 * 0,0075 = 0,018 Вт
Pист2 = EI2 = 2,4 * 0,007272 = 0,017 Вт
Pист3 = EI3 = 2,4 * 0,007059 = 0,017 Вт
Pист4 = EI4 = 2,4 * 0,006667 = 0,016 Вт
Pист5 = EI5 = 2,4 * 0,006 = 0,014 Вт
Pист6 = EI6 = 2,4 * 0,00375 = 0,009 Вт
Pист7 = EI7 = 2,4 * 0,0015 = 0,004 Вт
Pист8 = EI8 = 2,4 * 0,000833 = 0,002 Вт
Pист9= EI9 = 2,4 * 0,000451 = 0,0011 Вт
Pr=I^2*r=f(Rн)-мощность, выделяемая на внутреннем сопротивлении источника от сопротивления нагрузки Rн;
Pr1 = I1^2r = 0,0075^2 * 320 = 0,018 Вт
Pr2 = I2^2r = 0,007272 ^2 * 320 = 0,017 Вт
Pr3 = I3^2r = 0,007059 ^2 * 320 = 0,016 Вт
Pr4 = I4^2r = 0,006667 ^2 * 320 = 0,014 Вт
Pr5 = I5^2r = 0,006^2 * 320 = 0,012 Вт
Pr6 = I6^2r = 0,00375 ^2 * 320 = 0,004 Вт
Pr7 = I7^2r = 0,0015^2 * 320 = 0,0007 Вт
Pr8 = I8^2r = 0,000833 ^2 * 320 = 0,0002 Вт
Pr9 = I9^2r = 0,000451^2 * 320 = 0,0001 Вт
Pн=I^2*Rн=f(Rн)-мощность, выделяемая на нагрузке от сопротивления нагрузки Rн;
Pn1 = I1^2Rn1 = 0,0075^2 * 0 = 0 Вт
Pn2 = I2^2Rn2 = 0,007272 ^2 * 10 = 0,0005 Вт
Pn3 = I3^2Rn3 = 0,007059 ^2 * 20 = 0,001 Вт
Pn4 = I4^2Rn4 = 0,006667 ^2 * 40 = 0,0018 Вт
Pn5 = I5^2Rn5 = 0,006^2 * 80 = 0,0028 Вт
Pn6 = I6^2Rn6 = 0,00375 ^2 * 320 = 0,005 Вт
Pn7 = I7^2Rn7 = 0,0015^2 * 1280 = 0,0028 Вт
Pn8 = I8^2Rn8 = 0,0008^2 * 2560 = 0,0016 Вт
Pn9 = I9^2Rn9 = 0,000451^2 * 5000 = 0,001 Вт
Mu =100%(Pн/Pи)=f(Rн)-коэффициент полезного действия(КПД) цепи от сопротивления нагрузке Rн
Mu1 = 100 * (0/0,018) = 0%
Mu2 = 100 * (0,0005/0,017) = 2,94%
Mu3 = 100 * (0,001/0,017) = 5,88%
Mu4 = 100 * (0,0018/0,016) = 11,25%
Mu5 = 100 * (0,0028/0,014) = 20%
Mu6= 100 * (0,005/0,0091) = 55%
Mu7 = 100 * (0,0028/0,036) = 70,7%
Mu8 = 100 * (0,0016/0,002) = 84,21 %
Mu9= 100 * (0,001/0,0011) = 91%
По предварительному расчёту |
Rn, Ом |
I, мА |
Un, В |
Рист, Вт |
Pr, Вт |
Pn, Вт |
Mu, % |
0 |
7,5 |
0 |
0,018 |
0,018 |
0 |
0 |
10 |
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 |
40 |
6,667 |
0,267 |
0,016 |
0,014 |
0,0018 |
11,25 |
80 |
6 |
0,48 |
0,014 |
0,012 |
0,0028 |
20 |
320 |
3,75 |
1,2 |
0,0091 |
0,004 |
0,005 |
55 |
1280 |
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 |
5000 |
0,451 |
2,255 |
0,0011 |
0,0001 |
0,0011 |
91 |
Графики зависимостей для 1 схемы:
1)Зависимость тока от сопротивления нагрузки
Выводы из графика. При увеличении сопротивления нагрузки уменьшается сила тока.
2)Зависимость напряжения от сопротивления нагрузки
Выводы из графика. При увеличении сопротивления нагрузки увеличивается падение напряжения.
3)Зависимость мощности источника от сопротивления нагрузки
Выводы из графика. При увеличении сопротивления нагрузки уменьшается мощность источника.
4) Зависимость мощности выделяемой на внутреннем сопротивлении источника от сопротивления нагрузки
Выводы из графика. При увеличении сопротивления нагрузки уменьшается мощность, выделяемая на внутреннем сопротивлении.
5) Зависимость мощности выделяемой на нагрузке от сопротивления нагрузки
Выводы из графика. При увеличении сопротивления нагрузки мощность выделяемой на нагрузке сначала растет (до Rн=r), а затем падает
6)Зависимости КПД цепи от сопротивления нагрузки
Выводы из графика. При увеличении сопротивления КПД цепи растёт.
Rn, Ом |
I, мА |
Un, В |
Рист, В |
Pr, Вт |
Pn, Вт |
Mu, % |
0 |
7,5 |
0 |
0,018 |
0.018 |
0 |
0 |
10 |
7,273 |
0,072 |
0.017 |
0.017 |
0.0005 |
3.03 |
20 |
7,059 |
0,141 |
0.017 |
0.016 |
0.001 |
5.88 |
40 |
6,767 |
0,267 |
0.016 |
0.014 |
0.0018 |
11.1 |
80 |
6 |
0,479 |
0.014 |
0.012 |
0.0028 |
20 |
320 |
3,75 |
1,2 |
0.009 |
0.005 |
0.005 |
50 |
Получено экспериментально: |
1280 |
1,5 |
1,92 |
0,004 |
0,0007 |
0,003 |
80 |
2560 |
0,833 |
2,133 |
0,002 |
0,0002 |
0,002 |
88.9 |
5000 |
0,451 |
2,256 |
0,0011 |
0,0001 |
0,001 |
93.9 |
Схема 2:
Предварительный расчёт:
y=3 Oм –управляющие сопротивление
i(t)=2*sin(2*pi*f*t)- управляющий ток
f=2кГц
Rн=100 Oм и 200 Ом-сопротивлений нагрузки
Графики зависимостей для схемы 2:
По предварительному расчету |
ЭВМ |
||||
Rн,Ом |
y ,Oм |
Im ,A |
Um ,B |
Um ,B |
|
100 |
3 |
2 |
6 |
6 |
|
200 |
3 |
2 |
6 |
6 |
|
Графики зависимостей для 2 схемы:
Осциллограмм напряжения источника и управляющего тока
1)Rн=100 Ом
Графики зависимости напряжения на нагрузке и управляющего тока от времени (на ЭВМ) при Rн=100.
5)Вывод
Выводы из графиков. При изменении сопротивления нагрузки амплитуда напряжения на нагрузке не меняет
6)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. Режим работы источника ЭДС.
Ответ: Режим холостого хода (I=0), режим короткого замыкания.
3.Чему равно падение напряжения на нагрузке Uн при Rн=r?
Ответ: 1.2 В (то есть половина ЭДС)
4.Чему равна мощность выделяемая на внутреннем сопротивлении источника Pr при Rн=r?
Ответ: 4.5*10-3 Вт.
5.Чему равен КПД при Rн=r?
Ответ: 50%.