лабораторные / Лаб2

Цель работы:

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

Ход работы:

1. Рассчитать и построить зависимость тока I от сопротивления нагрузки R_H в цепи

Дано:

Е = 2.4 В – ЭДС источника

r = 320 Ом – внутреннее сопротивление источника

R_Н= 0, 10, 20, 40, 80, 320, 1280, 2560, 5000 Ом

Формулы:

I = E/(r + R_Н) – ток в нагрузке от сопротивления нагрузки R_Н;

U_Н = I*R_Н =f(R_Н) – падения напряжения на нагрузке от сопротивления;

P_ИСТ = EI =f(R_Н) – мощность источника от сопротивления нагрузки R_Н;

P_r=I²r=f(R_Н) – мощность, выделяемая на внутреннем сопротивлении источника от сопротивления нагрузки R_Н;

P_Н=I²R_Н=f(R_Н) – мощность, выделяемая на нагрузке от сопротивления нагрузки R_Н;

η =100%(P_Н/P_И)=f(R_Н) – коэффициент полезного действия(КПД) цепи от сопротивления нагрузке R_Н

Расчёт:

I = E/(r + R_Н) – ток в нагрузке от сопротивления нагрузки R_Н;

I₁ = E/(r + R_Н1) = 2.4/(320 + 0) = 0,0075 A = 7,5 мА

U_Н = I*R_Н =f(R_Н) – падения напряжения на нагрузке от сопротивления;

U_Н1 = I₁*R_Н1 = 0,0075*0 = 0 В

P_ИСТ = EI =f(R_Н) – мощность источника от сопротивления нагрузки R_Н;

P_ИСТ1 = EI₁ = 2,4*0,0075 = 0,018 Вт

P_r=I²r=f(R_Н) – мощность, выделяемая на внутреннем сопротивлении источника от сопротивления нагрузки R_Н;

P_r1 = I₁²r = 0,0075²*320 = 0,018 Вт

P_Н = I²R_Н = f(R_Н) – мощность, выделяемая на нагрузке от сопротивления нагрузки R_Н;

P_Н1 = I₁²R_Н1 = 0,0075²*0 = 0 Вт

η =100%(P_Н/P_И)=f(R_Н) – коэффициент полезного действия(КПД) цепи от сопротивления нагрузке R_Н

η₁ =100%(P_Н1/P_И1) = 100%(0/0,018) = 0%

RН, Ом	I, мА	UН, В	РИСТ, Вт	Pr, Вт	PН, Вт	η, %
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

Предварительный расчёт

Построили график зависимости тока от сопротивления нагрузки

Построили график зависимости напряжения от сопротивления нагрузки

Построили график зависимости мощности источника от сопротивления нагрузки

Построили график зависимости мощности на внутреннем сопротивлении источника от сопротивления нагрузки

Построили график зависимости мощности выделяемой от сопротивления нагрузки

Построили график зависимости КПД цепи от сопротивления нагрузки

Сделаем проверку

RН, Ом	I, мА	UН, В	РИСТ, Вт	Pr, Вт	PН, Вт	η, %
0	7,5	0	0,018	0,018	0	0
10	7,2	0,072	0,01728	0,017	0,0005184	3
20	7,1	0,142	0,01704	0,016	0,001	5,9
40	7	0,28	0,0168	0,0156	0,00196	12
80	6	0,48	0,0144	0,012	0,00288	20
320	3,75	1,2	0,009	0,0045	0,0045	50
1280	1,5	1,92	0,0036	0,00072	0,00288	80
2560	0,83	2,1248	0,001992	0,00022	0,0018	90,4
5000	0,45	2,25	0,00108	0,000065	0,001013	93,985

Построение схемы ИНУТ

Rh=100Ом Um=2

Rh=200Ом Um=2

Rh=200Ом Um=3

Rh=100Ом Um=3

RH, Ом	γ, Ом	Im, A	Um, B
100	3	2	6
200	3	2	6
100	3	3	9
200	3	3	9

Таблица предварительного расчёта

Воспроизведя эксперименты в ЭВМ, мы можем сделать вывод, что сопротивление нагрузки не влияет на амплитуду тока ИНУТ и что с увеличением амплитуды управляющего напряжения растёт и амплитуда тока ИНУТ.

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

Источник ЭДС — устройство, создающее напряжение за счёт неэлектрической энергии (химической, механической и т.д.).

Независимый: идеальный источник ЭДС (E = const).

Зависимый: источник, ЭДС которого зависит от тока или напряжения в другой цепи (управляемый источник). E_зав=k*U_упр – источник, управляемый напряжением_. Е_зав=β*I_упр – источник, управляемый током

2. Режимы работы источника ЭДС.

Холостой ход (Rн = ∞, I = 0).

I = E / (r + ∞) = 0

U_н = E

Номинальный (рабочий).

Работа при параметрах (I_ном, U_ном), на которые рассчитан источник.

Короткое замыкание (Rн = 0, Iкз = E/r).

I_кз = E / (r + 0) = E / r

U_н = 0

Согласованный (Rн = r, макс. мощность в нагрузке).

Нагрузка равна внутреннему сопротивлению (R_н = r). В этом режиме в нагрузке выделяется максимально возможная мощность.

3. Чему равно падение напряжения на нагрузке Uн при Rн = r?

U_н = I * R_н = [E / (r + R_н)] * R_н

При условии R_н = r:

U_н = [E / (r + r)] * r = (E / (2r)) * r = E / 2

Если в вашем примере E = 2.4 В, то U_н = 2.4 / 2 = 1.2 В

Uн = E / 2 = 1.2В

4. Чему равна мощность, выделяемая на внутреннем сопротивлении и источника Р, при Rн = г?

Ток в цепи: I = E / (r + R_н) = E / (2r)

P_r = I² * r = (E / (2r))² * r = E² / (4r)

P_полн = E * I = E * (E / (2r)) = E² / (2r)

P_полн = 2 * P_r.

Pr = E² / (4r) = 0,0045 Вт

5. Чему равен КПД при Rн = r?

η = P_н / P_полн = (I² * R_н) / (E * I) = (I * R_н) / E = U_н / E

при R_н = r U_н = E/2, то:

η = (E/2) / E = 1/2 = 50%

Это можно получить и из общей формулы:

η = R_н / (r + R_н) = r / (r + r) = r / (2r) = 50%

η = 50%.