Исследование электрических цепей в EasyEDA (лабораторный практикум)

10 Исследование электрических цепей несинусоидального периодического тока

Цель работы: Исследовать влияние параметров неразветвлённой линейной цепи на форму кривой тока при несинусоидальном напряжении источника питания.

10.1 Краткое описание работы. Электрическая схема опыта

Проведите моделирование неразветвленной электрической цепи несинусоидального периодического тока с активной, индуктивной и емкостной нагрузкой. Получите с помощью осциллографа формы кривых тока и напряжения на исследуемых элементах, сравните их и сделайте выводы.

В качестве источника питания используйте функциональный генератор сигналов, рисунок 10.1.

Рисунок 10.1 – Функциональный генератор сигналов

Установите прямоугольную форму сигнала, значение амплитуды напряжения,

параметров цепи приведены в таблице 10.1. Постоянную составляющую (смещение)

принимаем равной нулю; скважность (отношение периода повторения импульсов к длительности импульса) – 50 %. Выбор формы сигнала осуществляется одной из трёх кнопок в верхней части панели: синусоидальная, треугольная и прямоугольная.

91

Частота выходного сигнала генератора принимается в диапазоне 100-200 Гц.

Варианты сборки электрических схем приведены на рисунке 10.2.

Рисунок 10.2 - Варианты сборки электрических схем

На вход А осциллографа подаётся несинусоидальное напряжение с выхода функционального генератора.

На вход В осциллографа подаётся падение напряжения на сопротивлении R2,

рисунок 10.2, так как величина этого резистора мала

R2= 1 Ом, то кривая напряжения на нём будет приближенна к кривой тока в цепи

(u(t)=R2 i(t)=1 i(t)).

92

93

контура (рисунок 7.2).

Рисунок 10.3 – Схема опыта в EasyEDA

2) В настройках источника выберите тип источника «прямоугольный».

Установите на источнике амплитуду напряжения в соответствии с вариантом и частоту в пределах от 100 до 200 Гц.

3) Установите параметр элемента R1 в соответствии со своим вариантом.

4) Сохраните схему. Включите симуляцию. Откройте окно осциллографа,

вкладку Просмотр измерений, настройте масштаб по оси напряжения и времени в удобном для восприятия виде.

Для отчета в этом и в последующих опытах сделайте скриншот экрана со схемой и осциллограммой или сделайте экспорт схемы.

5)Повторите опыт, заменив в схеме резистор R1 на индуктивность, рисунок

10.4.Установите параметр элемента L1 в соответствии со своим вариантом.

94

Рисунок 10.4 – Схема опыта в EasyEDA

6) Повторите опыт, заменив в схеме индуктивность на емкость, рисунок 10.5.

Установите параметр элемента С1 в соответствии со своим вариантом.

Рисунок 10.5 – Схема опыта в EasyEDA

10.4 Обработка результатов экспериментов

Сравните полученные осциллограммы и сделайте выводы о влиянии характера нагрузки на форму кривой тока.

95

10.5 Содержание отчета

1)Цель работы.

2)Скриншоты схем электрической цепи из EasyEDA в режиме симуляции, на которых видны параметры элементов в соответствии с вариантом.

3)Скриншоты осциллограмм для каждой схемы.

4)Выводы по работе.

10.6 Контрольные вопросы

1)Что такое спектр несинусоидальной величины

2)Какие системы амперметров и вольтметров применяются для измерения максимального, действующего и среднего по модулю значений и постоянной составляющей несинусоидальных напряжений и токов?

3)Какими коэффициентами характеризуются формы кривых мгновенных значений несинусоидальных напряжений, токов и как вычислить эти коэффициенты?

4)Какие существуют виды симметрии кривых несинусоидальных токов и напряжений и каковы особенности их спектра при этих видах симметрии?

5)Что такое максимальное, действующее и среднее по модулю значение

несинусоидальных токов и напряжений и как их измерить?

Как влияет активное сопротивление, не зависящее от частоты, на форму кривой тока при несинусоидальном приложенном напряжении?

6)Как влияет индуктивность на форму кривой тока при несинусоидальном приложенном напряжении?

7)Как влияет емкость на форму кривой тока при несинусоидальном приложенном напряжении?

96

11 Лабораторная работа №11. Нелинейные электрические цепи

постоянного тока

Цель работы: Экспериментальное определение вольт-амперных характеристик нелинейных элементов и опытная проверка графического метода расчета нелинейных электрических цепей постоянного тока.

11.1 Краткое описание работы. Электрическая схема опытов

В работе исследуется цепь постоянного тока с линейными и нелинейными сопротивлениями. Снимаются вольтамперные характеристики (ВАХ) отдельных элементов, ВАХ цепи при последовательном и параллельном соединении линейного и нелинейного элементов. По результатам опытов рассчитываются статические сопротивления. Для сложения ВАХ применяется графический метод.

A

Е

V

Рисунок 11.1 – Электрическая цепь постоянного тока с линейными и нелинейными сопротивлениями

Параметры элементов схемы приведены в таблице 11.1 и выбираются по номеру варианта.

97

11.2 Параметры элементов схемы

Таблица 11.1 – Параметры элементов схемы

11.3 Рабочее задание

1) Для проведения экспериментов в EasyEDA собираются схемы, в которых:

–в качестве источника используется источник постоянного напряжения;

–в качестве нелинейного элемента используется диод;

–в качестве линейного элемента используется резистор, сопротивление которого устанавливается в соответствии с таблицей 11.1.

-опыт 1: снятие ВАХ нелинейного элемента (диода). Соберите схему

(рисунок 11.2, а). Изменяйте значения напряжения источника в соответствии с таблицей 11.2 и снимайте показания амперметра. Результаты измерений занесите в таблицу 11.2.

98

- опыт 2: снятие ВАХ линейного элемента (резистора R). Соберите схему

(рисунок 11.2, б). Установите сопротивление резистора в соответствии с номером варианта.

Изменяйте значения напряжения источника в соответствии с таблицей 11.2 и

снимайте показания амперметра. Результаты измерений занесите в таблицу 11.2.

- опыт 3: снятие ВАХ цепи при последовательном соединении

нелинейного и линейного элементов. Соберите схему (рисунок 11.2, в). Установите сопротивление резистора в соответствии с номером варианта.

Повторите эксперимент. Результаты измерений занесите в таблицу 11.2.

- опыт 4: снятие ВАХ цепи при параллельном соединении нелинейного и

линейного элементов. Соберите схему (рисунок 11.2, г). Установите сопротивление резистора в соответствии с номером варианта.

Повторите эксперимент. Результаты измерений занесите в таблицу 11.2.

Рисунок 11.2 – Схемы опытов

99

Таблица 11.2 – Результаты опытов

2)Рассчитайте статические сопротивления по данным опытов для каждого измерения (при расчете миллиАмперы перевести в Амперы). Результаты расчетов занесите в таблицу 11.2.

3)На основании данных таблицы 11.2 постройте на одной координатной плоскости графики вольтамперных характеристик диода и резистора, эквивалентные вольтамперные характеристики последовательного и параллельного соединений нелинейного и линейного элементов.

100