13.02.2023 «Отчёт_лабораторная_2.docx»
Мощность на внутр.сопротивлении (Pr)
0,020000
0,018000
0,016000
0,014000
0,012000
0,010000
0,008000
0,006000
0,004000
0,002000
0,000000
0 |
1000 |
2000 |
3000 |
4000 |
5000 |
6000 |
Сопротивление нагрузки (RН)
Рисунок 5. График зависимости мощности, выделяемой на внутреннем сопротивлении, от сопротивления нагрузки
10
13.02.2023 «Отчёт_лабораторная_2.docx»
на нагрузке (P ) Н
0,005000
0,004500
0,004000
0,003500
0,003000
0,002500
Мощность
0,002000
0,001500
0,001000
0,000500
0,000000
0 |
1000 |
2000 |
3000 |
4000 |
5000 |
6000 |
Сопротивление нагрузки (RН)
Рисунок 6. График зависимости мощности, выделяемой на нагрузке, от сопротивления нагрузки
11
13.02.2023 «Отчёт_лабораторная_2.docx»
КПД цепи (η)
100,000000
90,000000
80,000000
70,000000
60,000000
50,000000
40,000000
30,000000
20,000000
10,000000
0,000000
0 |
1000 |
2000 |
3000 |
4000 |
5000 |
6000 |
Сопротивление нагрузки (RН)
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
UН(I) = E − r I. |
(7) |
Где, UН – падение напряжения;
I – сила тока.
12
13.02.2023 «Отчёт_лабораторная_2.docx»
Режим, при котором ток равен нулю – режим холостого хода, в этом случае UН = E. Физически это эквивалентно отключения нагрузки
(сопротивление столь велико, что ток через нагрузку не протекает).
Режим, при котором напряжение равно нулю UН = 0, называется режим короткого замыкания (сопротивление нагрузки столь мало, что через неё протекает максимальное значение тока). В этом случае ток максимального значения I = E⁄r.
Если положить внутреннее сопротивление источника равным нулю r = 0,
то нагрузочная характеристика не будет зависеть от тока UН = E. В этом случае источник называется идеальным.
Из этого можно сделать следующий вывод: в реальном источнике, для которого выполняется неравенство r << RН, 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.
13
13.02.2023 «Отчёт_лабораторная_2.docx»
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).
14
13.02.2023 «Отчёт_лабораторная_2.docx»
Рисунок 11. Итоговая схема исследуемой цепи.
2.2.3ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ИСТОЧНИКА
2.2.3.1Построение зависимости тока от сопротивления нагрузки
Для построения зависимости тока от сопротивления нагрузки необходимо
воспользоваться инструментом «Transient Analysis» со следующими
параметрами (рисунок 12):
•В поле «Time Range» указать значение «5k»;
•В поле «Maximum Time Step указать значение «1»;
•В поле «X Expression» ввести «R(R2)»;
•В поле «Y Expression» ввести «I(R2)»;
•В поле «X Range» указать значение «5k»
•В поле «Y Range» установить «AutoAlways»
•Нажать кнопку «Run» или клавишу «Enter» на клавиатуре.
15
13.02.2023 «Отчёт_лабораторная_2.docx»
Рисунок 12. Данные для построения графика зависимости тока на нагрузке от сопротивления нагрузки.
В итоге получается график зависимости тока на нагрузке от сопротивления нагрузки (рисунок 13). С данного графика необходимо снять значения тока при тех же разных сопротивления нагрузки, что и при теоретическом расчёте. Данные, снятые с графика, представлены в таблице 1
(приложение «В»).
Рисунок 13. График зависимости тока на нагрузке от сопротивления нагрузки.
2.2.3.2 Построение зависимости напряжения от сопротивления нагрузки
Для построения зависимости падения напряжения на нагрузке от сопротивления нагрузки необходимо в окне «Transient Analysis Limits»
(вызывается нажатием клавиши «F9» на клавиатуре) в поле «Y Expression»
16
13.02.2023 «Отчёт_лабораторная_2.docx»
ввести «V(R2)» и нажать кнопку «Run» или клавишу «Enter» на клавиатуре.
Получившийся график приведён ниже (рисунок 14). С данного графика необходимо снять значения падения напряжения при тех же разных значениях сопротивления нагрузки, что и при теоретическом расчёте. Данные, снятые с графика, представлены в таблице 1 (приложение «В»).
Рисунок 14. График зависимости падения напряжения от сопротивления нагрузки.
2.2.3.3 Построение зависимости мощности источника от сопротивления
|
|
нагрузки |
Для |
построения |
зависимости мощности, отдаваемой источником |
(Pист = EI) |
на нагрузке, |
от сопротивления нагрузки необходимо в окне |
«Transient Analysis Limits» (вызывается нажатием клавиши «F9» на клавиатуре) в поле «Y Expression» ввести «V(V1)*I(R2)» и нажать кнопку
17
13.02.2023 «Отчёт_лабораторная_2.docx»
«Run» или клавишу «Enter» на клавиатуре. Получившийся график приведён ниже (рисунок 15). С данного графика необходимо снять значения мощности источника при тех же разных значениях сопротивления нагрузки, что и при теоретическом расчёте. Данные, снятые с графика, представлены в таблице 1
(приложение «В»).
Рисунок 15. График зависимости мощности источника от сопротивления нагрузки.
2.2.3.4 Построение зависимости мощности, выделяемой на внутреннем
сопротивлении источника от сопротивления нагрузки
Для построения зависимости мощности, выделяемой на внутреннем сопротивлении источника (Pr = I2 r), от сопротивления нагрузки необходимо в окне «Transient Analysis Limits» (вызывается нажатием клавиши
18
13.02.2023 «Отчёт_лабораторная_2.docx»
«F9» на клавиатуре) в поле «Y Expression» ввести «I(R2)*I(R2)*R(R1)» и
нажать кнопку «Run» или клавишу «Enter» на клавиатуре. Получившийся график приведён ниже (рисунок 16). С данного графика необходимо снять значения мощности, выделяемой на внутреннем сопротивлении источника,
при тех же разных значениях сопротивления нагрузки, что и при теоретическом расчёте. Данные, снятые с графика, представлены в таблице 1
(приложение «В»).
Рисунок 16. График зависимости мощности, выделяемой на внутреннем сопротивлении источника, от сопротивления нагрузки.
19