МИНИСТЕРСТВО ЦИФРОВОГО РАЗВИТИЯ СВЯЗИ И МАССОВЫХ КОММУНИКАЦИЙ

Ордена Трудового Красного Знамени

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Московский технический университет связи и информатики»

Кафедра Теории Электрических цепей

Отчет по лабораторной работе №2

по дисциплине «Электротехника»

на тему:

«Исследование на ЭВМ характеристик источника постоянного напряжения»

Выполнил: студент группы

БВТ2104

Юдин Артём Андреевич

Руководитель:

Семёнова Татьяна Николаевна

Москва

2022

Цель работы

С помощью программы Micro-Cap получить внешние характеристики источников напряжения. Познакомиться с зависимыми источниками.

С хема 1

Предварительный расчет

Принять:

E = 2.4 В – ЭДС источника;

r = 320 Ом – внутреннее сопротивление источника;

R_Н = 0, 10, 20, 40, 80, 160, 320, 640, 1280, 2560 и 5000 Ом – сопротивление нагрузки;

Расчет:

I = E/(r + R_н) – ток в нагрузке от сопротивления R_н.

I₁ = 2.4 / (320 + 0) = 7.5 мА

I₂ = 2.4 / (320 + 10) = 7.27 мА

I₃ = 2.4 / (320 + 20) = 7.06 мА

I₄ = 2.4 / (320 + 40) = 6.67 мА

I₅ = 2.4 / (320 + 80) = 6 мА

I₆ = 2.4 / (320 + 160) = 5 мА

I₇ = 2.4 / (320 + 320) = 3.75 мА

I₈ = 2.4 / (320 + 640) = 2.5 мА

I₉ = 2.4 / (320 + 1280) = 1.5 мА

I₁₀ = 2.4 / (320 + 2560) = 0.83 мА

I₁₁ = 2.4 / (320 + 5000) = 0.45 мА

U = I * R_н – падения напряжения на нагрузке от сопротивления нагрузки R_н.

U₁ = 0.0075 * 0 = 0 В

U₂ = 0.0073 * 10 = 0.0727 В

U₃ = 0.0071 * 20 = 0.1412 В

U₄ = 0.0067 * 40 = 0.2667 В

U₅ = 0.006 * 80 = 0.48 В

U₆ = 0.005 * 160 = 0.8 В

U₇ = 0.0037 * 320 = 1.2 В

U₈ = 0.0025 * 640 = 1.6 В

U₉ = 0.0015 * 1280 = 1.92 В

U₁₀ = 0.0008 * 2560 = 2.1333 В

U₁₁ = 0.0005 * 5000 = 2.2556 В

P_ист = EI – мощность источника от сопротивления нагрузки R_н.

P_ист1 = 2.4 0.0075 = 0.018 Вт

P_ист2 = 2.4 * 0.0073 = 0.0175 Вт

P_ист3 = 2.4 * 0.0071 = 0.0169 Вт

P_ист4 = 2.4 * 0.0067 = 0.016 Вт

P_ист5 = 2.4 * 0.006 = 0.0144 Вт

P_ист6 = 2.4 * 0.005 = 0.0120 Вт

P_ист7 = 2.4 * 0.0037 = 0.0090 Вт

P_ист8 = 2.4 * 0.0025 = 0.0060 Вт

P_ист9 = 2.4 * 0.0015 = 0.0036 Вт

P_ист10 = 2.4 * 0.0008 = 0.0020 Вт

P_ист11 = 2.4 * 0.0005 = 0.0011 Вт

P_r = I^2 * r – мощность, выделяемая на внутреннем сопротивлении источника от сопротивления нагрузки R_н.

P_r1 = 0.0075^2 * 320 = 0.0180 Вт

P_r2 = 0.0073^2 * 320 = 0.0169 Вт

P_r3 = 0.0071^2 * 320 = 0.0159 Вт

P_r4 = 0.0067^2 * 320 = 0.0142 Вт

P_r5 = 0.006^2 * 320 = 0.0115 Вт

P_r6 = 0.005^2 * 320 = 0.0080 Вт

P_r7 = 0.0037^2 * 320 = 0.0045 Вт

P_r8 = 0.0025^2 * 320 = 0.0020 Вт

P_r9 = 0.0015^2 * 320 = 0.0007 Вт

P_r10 = 0.0008^2 * 320 = 0.0002 Вт

P_r11 = 0.0005^2 * 320 = 0.0001 Вт

P_н = I^2 * R_н – мощность, выделяемая на нагрузке от сопротивления нагрузки R_н.

P_н1 = 0.0075^2 * 0 = 0 Вт

P_н2 = 0.0073^2 * 10 = 0.0005 Вт

P_н3 = 0.0071^2 * 20 = 0.001 Вт

P_н4 = 0.0067^2 * 40 = 0.0018 Вт

P_н5 = 0.006^2 * 80 = 0.0029 Вт

P_н6 = 0.005^2 * 160 = 0.004 Вт

P_н7 = 0.0037^2 * 320 = 0.0045 Вт

P_н8 = 0.0025^2 * 640 = 0.004 Вт

P_н9 = 0.0015^2 * 1280 = 0.0029 Вт

P_н10 = 0.0008^2 * 2560 = 0.0018 Вт

P_н11 = 0.0005^2 * 5000 = 0.001 Вт

η = 100% (P_н/P_и) - коэффициент полезного действия (КПД) цепи от сопротивления нагрузки R_н.

η₁ = 100% (0.0000/0.018) = 0%

η₂ = 100% (0.0005/0.0175) = 3.03%

η₃ = 100% (0.001/0.0169) = 5.88%

η₄ = 100% (0.0018/0.016) = 11.11%

η₅ = 100% (0.0029/0.0144) = 20%

η₆ = 100% (0.004/0.012) = 33.33%

η₇ = 100% (0.0045/0.009) = 50%

η₈ = 100% (0.004/0.006) = 66.67%

η₉ = 100% (0.0029/0.0036) = 80%

η₁₀ = 100% (0.0018/0.002) = 88.89%

η₁₁ = 100% (0.001/0.0011) = 93.99%

Результаты предварительного расчета представлены в таблице 1.

Таблица 1

По предварительному расчету							Получено экспериментально
Rн, Ом	I, мА	Uн, В	Pист, Вт	Pr, Вт	Pн, Вт	η, %	I, мА	Uн, В	Pист, Вт	Pr, Вт	Pн, Вт	η, %
0	7.5	0	0.018	0.018	0	0	7.5	0	0.018	0.018	0	0
10	7.27	0.0727	0.0175	0.0169	0.0005	3.03	7.273	0.073	0.0175	0.017	0.0005	3.03
20	7.06	0.1412	0.0169	0.0159	0.001	5.88	7.06	0.141	0.017	0.016	0.001	5.88
40	6.67	0.2667	0.016	0.0142	0.0018	11.11	6.67	0.267	0.016	0.014	0.0018	11.11
80	6	0.48	0.0144	0.0115	0.0029	20	6	0.48	0.014	0.0115	0.003	20
160	5	0.8	0.012	0.008	0.004	33.33	5	0.8	0.012	0.008	0.004	33.33
320	3.75	1.2	0.009	0.0045	0.0045	50	3.75	1.2	0.009	0.0045	0.0045	50
640	2.5	1.6	0.006	0.002	0.004	66.67	2.5	1.6	0.006	0.002	0.004	66.67
1280	1.5	1.92	0.0036	0.0007	0.0029	80	1.5	1.92	0.0036	0.0007	0.003	80
2560	0.83	2.133	0.002	0.0002	0.0018	88.89	0.833	2.13	0.002	0.0002	0.0018	88.89
5000	0.45	2.256	0.0011	0.0001	0.001	93.99	0.451	2.256	0.001	0.0001	0.001	93.99

Графики

На рисунке 1 представлена схема зависимости тока от сопротивления нагрузки.

Рисунок 1 - зависимость тока от сопротивления нагрузки.

Ток при R_н = 320 Ом равен 3.75 мА

Ток при R_н = 0 равен 7.5 мА

На рисунке 2 представлена схема зависимости напряжения от сопротивления нагрузки.

Рисунок 2 - схема зависимость напряжения от сопротивления нагрузки.

Напряжение асимптотически стремится к 2.256 В

Напряжение при R_н = 320 Ом равно 1.2 В

На рисунке 3 представлена схема зависимости мощности источника от сопротивления нагрузки.

Рисунок 3 - схема зависимости мощности источника от сопротивления нагрузки.

Максимальная мощность равна 0.018 Вт

Мощность при R_н = 320 равна 0.009 Вт

На рисунке 4 представлена схема зависимости мощности, выделяемой на внутреннем сопротивлении источника от сопротивления нагрузки.

Рисунок 4 - схема зависимости мощности, выделяемой на внутреннем сопротивлении источника от сопротивления нагрузки.

Максимальная мощность равна 0.018 Вт

Мощность при R_н = 320 равна 0.0045 Вт

На рисунке 5 представлена схема зависимости мощности, выделяемой на нагрузке от сопротивления нагрузки.

Рисунок 5 - схема зависимости мощности, выделяемой на нагрузке от сопротивления нагрузки.

Максимальная мощность – при R_н = 320 и равна 0.0045 Вт

На рисунке 6 представлена схема зависимости КПД цепи от сопротивления нагрузки.

Рисунок 6 - схема зависимости КПД цепи от сопротивления нагрузки.

КПД асимптотически стремится к 94%

КПД при R_н = 320 Ом равно 50%

Исследование характеристик ИНУТ

Схема 2

Принять:

Управляющее сопротивление γ = 3 Ом

Управляющий ток i(t) = 2sin(2πft), f = 2кГц

Сопротивления нагрузки R_Н = 100, 200 Ом

U_m, = I_m * γ – амплитуда напряжения.

Таблица 2

По предварительному расчету				ЭВМ
RН, Ом	γ, Ом	Im, А	Um, В		Um, В
100	3	2	6		6
200	3	2	6		6

На рисунке 7 представлен график зависимости напряжения на нагрузке от времени и управляющего тока.

Рисунок 7 – График зависимости напряжения на нагрузке от времени и управляющего тока

Амплитуда напряжения ИНУТ – 6 В

Амплитуда управляющего тока – 2 А

Вывод

С помощью программы Micro-Cap получили внешние характеристики источников напряжения, познакомились с зависимыми источниками. Произвели предварительный расчет, сравнили с ЭВМ, получили одинаковый результат.

Вопросы для самопроверки

1. Какой источник называется источником ЭДС? Приведите примеры независимых и зависимых источников.

Ответ: Источник ЭДС - двухполюсник, напряжение на зажимах которого не зависит от тока, протекающего через источник и равно его ЭДС.

Независимые источники ЭДС - двухполюсники, напряжение на выходных зажимах которого задано для каждого момента времени и не зависит от проходящего через него тока. (батарея, конденсатор).

Зависимый источник ЭДС - ЭДС зависит от тока или напряжения в некотором участке цепи. (ИНУТ, ИНУН).

2. Режимы работы источника ЭДС.

Ответ:

1 – Режим холостого хода, ток равен нулю (к зажимам не подключена нагрузка).

2 – Режим нагрузки, к источнику подключен потребитель, в цепи протекает ток.

3 – Режим короткого замыкания, напряжение равно нулю, ток достигает своего максимального значения.

3. Чему равно падение напряжения на нагрузке U_н при R_н = r?

Ответ: 1.2 В

4. Чему равна мощность, выделяемая на внутреннем сопротивлении источника P_r при R_н = r?

Ответ: 0.0045 Вт

5. Чему равен КПД при R_н = r?

Ответ: 50%