2.1.2 Расчёт падения напряжения, мощностей и кпд

Для этой же цепи расчёт и построение зависимости падения напряжения на нагрузке производится по следующим формулам:

		(2)
		(3)
		(4)
		(5)
		(6)

Где, – падение напряжения на нагрузке от сопротивления нагрузки ;

– мощность источника от сопротивления нагрузки ;

– мощность, выделяемая на внутреннем сопротивлении от сопротивления нагрузки ;

– мощность, выделяемая на нагрузке от сопротивления ;

– коэффициент полезного действия (КПД) цепи от сопротивления нагрузки .

Вычисление значений падения напряжения, мощностей и КПД производилось с использованием формул (2), (3), (4), (5), (6) посредством программы, написанной на языке VBA (тело программы находится в приложении «А»). Результаты расчёта представлены в приложении «В» (таблица 1); графики зависимости падения напряжения, мощностей и КПД от сопротивления нагрузки представлены ниже.

Рисунок 3. График зависимости падения напряжения от сопротивления нагрузки

Рисунок 4. График зависимости мощности источника от сопротивления нагрузки

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

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

Рисунок 7. График зависимости коэффициента полезного действия (КПД) цепи от сопротивления нагрузки

2.2 Построение и расчёт с помощью симулятора электрических цепей micro–cap

2.2.1 Теоритическая справка

Будем считать, что ЭДС (E) и внутреннее сопротивление источника (r) (рисунок 1) являются постоянными величинами. Тогда внешняя характеристика источника будет выражаться линейной зависимостью

.

(7)

Где, U_Н – падение напряжения;

I – сила тока.

Режим, при котором ток равен нулю – режим холостого хода, в этом случае U_Н = E. Физически это эквивалентно отключения нагрузки (сопротивление столь велико, что ток через нагрузку не протекает).

Режим, при котором напряжение равно нулю U_Н = 0, называется режим короткого замыкания (сопротивление нагрузки столь мало, что через неё протекает максимальное значение тока). В этом случае ток максимального значения I = .

Если положить внутреннее сопротивление источника равным нулю r = 0, то нагрузочная характеристика не будет зависеть от тока U_Н = E. В этом случае источник называется идеальным.

Из этого можно сделать следующий вывод: в реальном источнике, для которого выполняется неравенство r << R_Н, приближенно из схемы можно исключить r, тогда этот источник по своим свойствам будет приближаться к идеальному источника ЭДС.

2.2.2 Сборка схемы цепи с необходимыми параметрами

Для построения схемы цепи используется программа Micro-Cap версии 12.2.0.5. Построение начинается с размещения элемента «батарея» и присвоения ЭДС значения 2,4 В (V1) (рисунок 8).

Рисунок 8. Часть схемы исследуемой цепи. Батарея.

Далее размещается резистор (R1) сопротивлением 320 Ом, который выступает в качестве внутреннего сопротивления источника ЭДС (рисунок 9).

Рисунок 9. Участок схемы исследуемой цепи. Батарея и внутреннее сопротивление.

Следующим размещаемым элементом является резистор (R2). Он выступает в роли сопротивления нагрузки, и не имеет постоянного значения: вместо значения сопротивления нагрузки необходимо установить зависимость от времени (T) (рисунок 10).

Рисунок 10. Участок исследуемой цепи. Батарея, внутреннее сопротивление и сопротивление нагрузки.

Для завершения построения полной схемы исследуемой цепи необходимо установить элемент заземления и соединить все элементы цепи между собой (рисунок 11).

Рисунок 11. Итоговая схема исследуемой цепи.