Лабораторные работы / Лабораторная работа №1

Министерство 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»

(МТУСИ)

Кафедра «Теория электрических цепей»

Лабораторная работа №1

«Исследование на ЭВМ характеристик

источника постоянного напряжения»

Выполнила студентка группы ЗРС2401

Винокурова К. И.

Проверил доцент кафедры «Теория электрических цепей»

Захаров Н. А.

Москва 2025

1. Задание

1.1. Рассчитать и построить зависимость тока I от сопротивления нагрузки RH в цепи (рис. 1).

Рисунок 1 – Схема источника с подключенной нагрузкой

Принять:

E = 3,6 В — ЭДС источника;

r = 320 Ом — внутреннее сопротивление источника;

R_H = 0, 10, 20, 40, 80, 160, 320, 640, 1280, 2560 и 5120 Ом — сопротивление нагрузки

Для этой же цепи рассчитать следующие зависимости:

U_H = IR_H = f(R_H) — падения напряжения на нагрузке от сопротивления нагрузки R_H;

Р_ИСТ = EI = f(RH) — мощность источника от сопротивления нагрузки R_H;

Рr = I²r = f(R_H) — мощность, выделяемая на внутреннем сопротивлении источника от сопротивления нагрузки R_H;

Р_Н = I²R_H = f(R_H) — мощность, выделяемая на нагрузке от сопротивления нагрузки R_H;

η = 100%(Р_Н/Р_И) = f(R_H) — коэффициент полезного действия (КПД) цепи от сопротивления нагрузки R_H.

Полученные данные записать в таблицу 1.

1.2 Для цепи (рис. 2) с линейным источником переменного тока, управляемым переменным напряжением (ИНУТ) рассчитать амплитуду напряжения Um на нагрузке, если управляющее сопротивление γ = 3 Ом, управляющий ток i(t) = 2sin(2ft), f = 2 кГц, для двух значений сопротивлений нагрузки R_H 100 Ом и 200 Ом.

Рисунок 2 – Схема с ИНУТ

Полученные данные записать в таблицу 2.

2. Выполнение работы

2.1 В среде MicroCap выполнить моделирование работы схемы рис. 1 с параметрами, указанными в п. 3.1. Результаты записать в таблицу 1. Построить в MicroCap графики указанных в п. 3.1 зависимостей.

Таблица 1

По предварительному расчёту								Получено экспериментально
RH, Ом	I, мА	UH, мВ	PИСТ, мВт	РТ, мВт	РН, мВт	ƞ, %	I, мА		UH, мВ	PИСТ, мВт	РТ, мВт	РН, мВт	ƞ, %
0	11,25	0	40,50	40,50	0	0	11.25		0	40.5	40.5	0	0
10	10,91	109,09	39,27	38,08	1,19	3,03	10.909		109.083	39.273	38.083	1.19	3.03
20	10,59	211,76	38,12	35,88	2,24	5,88	10.588		211.758	38.118	35.876	2.242	5.882
40	10,00	400	36,00	32,00	4,00	11,11	10		399.994	36	32	4	11.111
80	9,00	720	32,40	25,92	6,48	20,00	9		719.996	32.4	25.92	6.48	20
160	7,50	1200	27,00	18,00	9,00	33,33	7.5		1200	27	18	9	33.333
320	5,63	1800	20,25	10,13	10,13	50,00	5.625		1800	20.25	10.125	10.125	50.00
640	3,75	2400	13,50	4,50	9,00	66,67	3.75		2400	13.5	4.5	9	66.667
1280	2,25	2880	8,10	1,62	6,48	80,00	2.25		2880	8.1	1.62	6.48	80.00
2560	1,25	3200	4,50	0,50	4,00	88,89	1.25		3200	4.5	0.5	4	88.889
5120	0,66	3388,24	2,38	0,14	2,24	94,12	0.661765		3388	2.382	0.140138	2.242	94.118

На рисунках 3–7 представлены графики указанных зависимостей.

Рисунок 3 – График зависимости падения напряжения на нагрузке от сопротивления нагрузки R_H.

Рисунок 4 - График зависимости мощности источника от сопротивления нагрузки R_Н.

Рисунок 5 - График зависимости мощности, выделяемой на внутреннем сопротивлении источника от сопротивления нагрузки R_H.

Рисунок 6 - График зависимости мощности, выделяемой на нагрузке от сопротивления нагрузки R_H.

Рисунок 7 - График зависимости КПД цепи от сопротивления нагрузки R_H.

2.2 В среде MicroCap выполнить моделирование работы схемы рис. 2 с параметрами, указанными в п. 3.2. Результаты занести в таблицу. Построить совместные графики управляющего тока и выходного напряжения.

Таблица 2

По предварительному расчёту				ЭВМ
RH, Ом	γ, Ом	Im, A	Um, B	Um, B
100	3	2	6.00	6.00
200	3	2	6.00	6.00

На рисунках 8-9 представлены графики управляющего тока и выходного напряжения при I_m = 2А.

Рисунок 8 - График управляющего тока и выходного напряжения при R_H = 100 Ом.

Рисунок 9 - График управляющего тока и выходного напряжения при R_H = 200 Ом.

2.3 Повторить п. 2.2 для амплитуды управляющего тока 3А.

Таблица 3

По предварительному расчёту				ЭВМ
RH, Ом	γ, Ом	Im, A	Um, B	Um, B
100	3	3	9.00	9.00
200	3	3	9.00	9.00

На рисунках 10-11 представлены графики управляющего тока и выходного напряжения при I_m = 3А.

Рисунок 10 - График управляющего тока и выходного напряжения при R_H = 100 Ом.

Рисунок 11 - График управляющего тока и выходного напряжения при R_H = 200 Ом.

3. Контрольные вопросы

1. Какой источник называется источником ЭДС?

Источник ЭДС (идеальный источник напряжения) – двухполюсник, напряжение на зажимах которого не зависит от тока, протекающего через источник и равно его ЭДС.

2. Режимы работы источника ЭДС.

1. Режимом холостого хода называют режим работы источника, когда сопротивление нагрузки равняется бесконечности, а ток в ней равен нулю. Напряжение на выходе источника в этом режиме равно ЭДС.

2. Режимом короткого замыкания называют режим работы источника, когда сопротивление нагрузки равно нулю, а ток стремится к максимальному (ограничен только внутренним сопротивлением источника). Напряжение на выходе источника в этом случае равно нулю.

3. Согласованным режимом работы называют режим, обеспечивающий максимальную передачу активной мощности от источника питания к потребителю.

3. Чему равно падение напряжения на нагрузке U_H при R_H = r?

Напряжение на нагрузке: U_Н = I * R_Н

Сила тока в цепи при R_Н = r:

Подставляя силу тока в формулу для напряжения, получим:

4. Чему равна мощность, выделяемая на внутреннем сопротивлении источника Pr при R_H = r?

Мощность на внутреннем сопротивлении: P_r = I² * r

Сила тока в цепи при R_Н = r:

Подставляя силу тока в формулу для расчёта мощности, получаем:

5. Чему равен КПД при R_H = r?

Коэффициент полезного действия: η = 100% * (P_Н / P_ПОЛН)

Полезная мощность при R_Н = r:

Полная мощность источника:

Таким образом, получаем: