Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Нелинейные электрические цепи. Лабораторный практикум. Учебно-методическое пособие
.pdf
МИНИСТЕРСВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ЯДЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИФИ»
НЕЛИНЕЙНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ
Лабораторный практикум
Учебно-методическое пособие
Москва 2022
УДК 621.3
ББК31 2Я7
Л12
Нелинейные электрические цепи. Лабораторный практикум: Учебно-мето-
дическое пособие / М.А. Горбунов, В.И. Коротеев, Н.Н. Ленц, Е.И. Львов,
Э.Я. Школьников. М.: НИЯУ МИФИ, 2022. – 40 c.
Учебный материал, изложенный в настоящем издании, способствует изучению
процессов, протекающих в нелинейных электрических цепях, и методов их расчёта.
приведено описание лабораторных работ и модуля для сборки схем. Даны
Также
рекомендации по подготовке студентов к лабораторным работам, их выполнению,
правильной обработке полученных результатов и защите работы.
Предназначено для студентов физических специальностей.
Рецензент проф. каф. электроники НИЯУ МИФИ,
д-р техн. наук В.М. Барбашов
ISBN 978-5-7262-2901-0 © Национальный исследовательский
ядерный университет «МИФИ
», 2022
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие ...................................................................................... 4
Глава 1. Организация лабораторного практикума
«Нелинейные электрические цепи» ............................................... 6
1.1. Учебная лаборатория «Электрические цепи» .................... 6
1.2. Базовый коммутационный модуль для исследования
нелинейных электрических цепей ...................................... 7
Глава 2. Описание лабораторных работ
и методические указания к их выполнению ................................. 9
Лабораторная работа 1. Исследование нелинейных
электрических цепей постоянного тока .............................. 9
Лабораторная работа 2. Нелинейные цепи переменного тока.
Дроссель
............................................................................ 16
Лабораторная работа 3. Феррорезонанс .................................. 20
Лабораторная работа 4. Переходные процессы
в нелинейных электрических цепях .................................. 29
Список литературы........................................................................ 37
Приложение 1.................................................................................. 38
3
ПРЕДИСЛОВИЕ
Учебный материал пособия направлен на изучение физики процессов, протекающих в нелинейных цепях постоянного и переменного тока, а также на исследование переходных процессов в нелинейных цепях при воздействии на них источников постоянного и импульсного напряжения.
Наиболее полную информацию о физике процессов, протекающих
в нелинейных цепях, студенты получают
ных и практических учебно-исследовательских работ. Преобладающий способ для решения этих задач – создание условий для творческой самостоятельной деятельности. В учебно-научной лаборатории
«Электрические цепи» кафедры «Электротехника» НИЯУ МИФИ
студентам предоставлена возможность познакомиться со специфическими свойствами ряда устройств, содержащих нелинейные элементы, а также с
методами расчёта нелинейных электрических цепей.
Для выполнения лабораторных работ, связанных с исследованием физики процессов нелинейных электрических цепей, создана новая информационно-образовательная среда. Предоставлены широкие возможности и условия для более детального изучения нелинейных цепей, а также для приобретения практических навыков и умений.
В лаборатории «Электрические цепи» создан современный
ратный комплекс. Исследование нелинейных цепей ведётся на базе
электротехнических универсальных стендов ЭЛУС-4. В состав
стенда входят цифровые контрольно-измерительные приборы и персональные компьютеры, а также лабораторный модуль, предназначенный для сборки нелинейных электрических цепей. Студентам
предоставлена возможность выхода в интернет с каждого рабочего
места. Такой аппаратный комплекс позволил
трические цепи» объединить систему самообучения и инженерной
практики в единую интегрированную современную среду для изучения физики процессов, протекающих в электрических цепях.
В целях повышения эффективности и качества изучения нелинейных цепей применяются современные методы и технологии проведения физического эксперимента. Знание закона Ома и Кирхгофа,
4
при выполнении лаборатор-
аппа-
в лаборатории «Элек-
методов расчёта нелинейных электрических цепей может помочь в
решении многих практических задач. Применение программы Micro
Cap для профессиональных расчётов электрических цепей позволяет
перенести математическую работу на плечи компьютера. Свободно
распространённая студенческая версия этой программы позволяет
вовлечь обучающихся в профессиональную среду разработчиков
экспериментальных физических установок, а также различной радиоэлектронной аппаратуры.
Важными и
актуальными задачами являются совершенствование
системы проведения лабораторных занятий и процесса самостоятельной творческой деятельности студентов при решении индивидуальных практических задач. Отличительной особенностью современного подхода к созданию практикума стало интегрирование в
единый процесс реальных и виртуальных исследований. В данном
пособии изложен материал, посвящённый решению вопросов организации лабораторного практикума «Нелинейные
электрические
цепи» в учебной лаборатории «Электрические цепи» на кафедре
«Электротехника» НИЯУ МИФИ.
Действие обучаемого начинается с изучения объекта исследования и состоит в последовательном изучении информации об этом
объекте. Чтобы понять и правильно оценить эту информацию, необходимо предвидеть результаты натурного эксперимента. Такое
предвидение даёт теоретическое исследование. Процесс самостоятельной
подготовки студентов к проведению натурного эксперимента требует определённой компетенции теоретических знаний, а
также применения компьютерных технологий для выполнения соответствующих расчётов.
В лаборатории «Электрические цепи» предоставлены возможность и все условия для дистанционного процесса обучения и проведения виртуального лабораторного практикума, которому будет посвящена вторая часть настоящего издания.
Данное учебно-методическое пособие – вклад авторов в развитие электронного интеллектуального образовательного ресурса кафедры «Электротехника» НИЯУ
МИФИ.
Авторы выражают признательность и благодарность коллективу
кафедры «Электротехника» НИЯУ МИФИ за критические замечания по рукописи и помощь в подготовке её к печати.
5
ГЛАВА 1. ОРГАНИЗАЦИЯ ЛАБОРАТОРНОГО
ПРАКТИКУМА «НЕЛИНЕЙНЫЕ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ»
1.1. Учебная лаборатория «Электрические цепи»
Лаборатория «Электрические цепи» предназначена для проведения лабораторных, а также проектных работ и самостоятельных занятий с целью усвоения и закрепления знаний, полученных студентами в ходе изучения различных курсов дисциплин электротехнического цикла. Учебный процесс в лаборатории базируется на следующих принципах:
фронтальный метод выполнения работ;
эффективный
занятиям и защиты лабораторных работ;
развитие навыков и форм самостоятельной работы;
освоение современных средств измерительной и вычисли-
тельной техники;
совместное проведение лабораторных занятий с семинаром;
реализация новых методов обучения, цифровых и компьютер-
ных технологий.
Методика организации проведения лабораторных и учебно
следовательских практических занятий в лаборатории «Электрические цепи» изложена в книге «Введение в лабораторный практикум
«Линейные электрические цепи», М.: НИЯУ МИФИ, 2011. Авторы
книги – В.И. Коротеев, О.В. Гаркуша, В.А. Павловский. В ней даётся
описание учебной лаборатории «Электрические цепи», рассматриваются принципы работы, структурные схемы построения и основ
ные метрологические характеристики используемых в лаборатории
современных средств измерений, освещаются методические принципы, лежащие в основе проведения как реального, так и выполняемого в процессе самостоятельной подготовки студентов виртуального эксперимента. Книга выполнена на электронном носителе и
имеется в фонде электронной библиотеки НИЯУ МИФИ и РЭБ.
контроль знаний студентов на этапах допуска к
-ис-
-
6
1.2. Базовый коммутационный модуль
для исследования нелинейных электрических цепей
Для выполнения лабораторных работ, связанных с исследованием нелинейных электрических цепей, на базе стендов ЭЛУС и
ДЭЛУС на кафедре «Электротехника» НИЯУМИФИ был разработан и изготовлен базовый коммутационный модуль «Нелинейные
электрические цепи» (рис. 1.1).
Рис. 1.1
На лицевой панели, входящей в состав данного модуля, размещены компоненты, которые предназначены для сборки нелинейных
электрических цепей. Кроме того, на ней нанесены их условные обозначения, а также размещены гнездовые разъёмы Г1.6 для коммутации элементов в единую электрическую цепь. В прил. 1 приведён
список и номинальные значения компонентов, которые
предна-
значены для сборки цепей. Выводы каждого компонента смонти-
рованы на обратной стороне панели и припаяны к контактам гнездового разъёма, закреплённого на ней. Сборка схем для исследования
электрических цепей осуществляется с помощью проводов. На концах проводов имеются штекеры Г1.6 (ответная часть гнездового
разъёма Г1.6). В состав коммутационного блока
7
может быть
включена печатная плата мобильной цифровой контрольно-измерительной системы с выходом USB для подключения к персональному компьютеру. Это позволяет организовать демонстрацию процессов, возникающих в электрических цепях, на большой экран без применения внешних источников питания и измерительных устройств.
Описание USB-модуля
Как сказано выше, в состав коммутационного базового модуля
может быть подключена печатная плата мобильной цифровой контрольно-измерительной системы с USB-интерфейсом для подключения к персональному компьютеру (ПК).
Мобильная цифровая контрольно-измерительная система предназначена для измерения параметров электрических цепей, а также
для визуальной демонстрации электрических сигналов на экране ПК
или на большом экране. На печатной плате размещена
штекерная
часть разъёмов USB и РК-50. Они обеспечивают подключение выхода осциллографа и генератора синусоидального, пилообразного и
импульсного сигнала. Кабель для подключения осциллографа и генератора имеет ответную часть разъёма РК-50 и два штекера гнездовых разъёмов Г1.6 с обозначенной полярностью: сигнальный белый
и чёрный, который при сборке электрических цепей необходимо
подключить
к общей земляной шине. Выход USB-разъёма предназначен для подключения USB-кабеля к персональному компьютеру.
Штекерный разъём Ш1 обеспечивает подключение отдельного
блока питания к мобильной измерительной системе.
Эффективность использования измерительной системы USBмодуля и ПК главным образом достигается за счет программного решения и концепции организации процесса проведения виртуального
эксперимента в дистанционном
режиме обучения.
8
ГЛАВА 2. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К ИХ ВЫПОЛНЕНИЮ
Лабораторная работа 1
Исследование нелинейных электрических цепей
постоянного тока
Цель работы – изучение нелинейных элементов (НЭ) и снятие их вольт-амперных характеристик. Знакомство со специфическими свойствами ряда устройств, содержащих нелинейные элементы.
Описание схем исследуемых цепей
и экспериментальной установки
На лицевой панели коммутационного блока, предназначенного
для сборки нелинейных электрических цепей, расположены элементы, необходимые для сборки электрических схем. В данной работе исследуются нелинейные элементы, условные обозначения которых приведены ниже.
Стабилитрон
Примечание. Необходимо об-
ратить внимание, что на лицевой панели коммутационного
модуля можно выбрать один из
двух стабилитронов с напряжением стабилизации в пределах
5,6 В (VD2) или 12 В (VD3).
9
Транзистор обратной проводимости (NPN)
Примечание. Выбрать один из
двух транзисторов КТ817А
(VT3 или VT4).
Динистор
Примечание. Обратите внима-
ние, что для удобства вариации
напряжения открытия динистора необходимо включение
одного из стабилитронов (VD2
или VD3) в управляющую цепь
тиристора (VS1), что позволяет
выбирать порог напряжения открытия.
Светодиод
Примечание. Обратите внима-
ние, что на лабораторной панели можно выбрать один из
двух светодиодов (красный –
VD5 или синий – VD4).
На рис. Л1.1 даны схемы устройств:
а) схема резистивного ограничителя тока, проходящего через светодиод (см. рис. Л1.1, а);
б) схема параметрического стабилизатора постоянного напряжения на стабилитроне, включенном в обратном смещении (см.
рис. Л1.1, б);
в) схема простейшего усилителя постоянного тока на n-p-n транзисторе, включенного по схеме с об
щим эмиттером (см.
рис. Л1.1, в);
г) схема генератора релаксационных колебаний на динисторе (см.
рис. Л1.1, г).
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]