Лабораторная работа № 6.
Исследование нелинейных электрических цепей постоянного тока.
Время для выполнения работы – 2 часа.
1. Цель работы:
1. Изучение нелинейных элементов электрических цепей.
2. Опытная проверка графического метода расчета нелинейных электрических цепей постоянного тока.
2. Приборы и оборудование:
2.1 - источник регулируемого постоянного напряжения;
2.2 - мультиметры;
2.3 – нелинейные сопротивления (диоды или лампы накаливания).
3. План работы.
3.1 Ознакомление с общими сведениями о нелинейных элементах и методах расчета электрических цепей, содержащих нелинейные элементы.
3.2 Снятие вольт-амперных характеристик (ВАХ) предложенных для исследования нелинейных элементов (полупроводниковых диодов, ламп накаливания, варисторов и т.д.).
3.3 Расчет электрической цепи с последовательным и параллельным соединением нелинейных элементов графическим методом.
3.4 Снятие вольт-амперных характеристик электрических цепей с последовательным и параллельным соединением нелинейных элементов.
3.5 Проверка результатов расчета цепи с последовательным и параллельным соединением нелинейных элементов графическим методом (п. 3.3) по ВАХ этих цепей (п. 3.4).
3.6 Отчет о работе.
4. Указания по выполнению работы.
4.1 Общие сведения о нелинейных элементах.
В автоматике, электронике радиотехнике широко применяются элементы электрических цепей, имеющие нелинейную зависимость между током и напряжением.
Электрическая цепь, в которую входят нелинейные элементы, называется нелинейной.
Нелинейную вольт-амперную характеристику имеют электровакуумные приборы, фотоэлементы, газоразрядные приборы, полупроводниковые приборы.
Большую группу нелинейных элементов представляют нелинейные сопротивления: терморезисторы, варисторы, бареттеры и др.
Классификация нелинейных элементов
Все нелинейные элементы, с которыми приходится иметь дело в электротехнике и радиотехнике, можно разделить на три группы:
1) Нелинейные активные сопротивления, например, вакуумные и полупроводниковые диоды и триоды. Эта группа в настоящее время является самой многочисленной.
2) Нелинейные индуктивные сопротивления, или нелинейные индуктивности, которыми обладают все катушки и трансформаторы с ферромагнитными сердечниками.
3) Нелинейные емкостные сопротивления (нелинейные емкости). Примером нелинейной емкости служит конденсатор с диэлектриком из сегнетоэлектрика, который называется варикондом (или варикапом).
Нелинейные элементы в каждой из этих групп в свою очередь можно разделить на два класса:
1) Неуправляемые нелинейные элементы, которые всегда можно представить в виде двухполюсника, ток через который зависит только от напряжения, приложенного к его зажимам. Неуправляемый элемент характеризуется только одной вольтамперной характеристикой. Примером неуправляемого нелинейного сопротивления является вакуумный или полупроводниковый диод.
2) Управляемые нелинейные элементы (обычно являются многополюсниками). Ток в главной цепи такого элемента зависит не только от напряжения, приложенного к главной цепи, но и от других параметров (управляющих факторов). Управляющие факторы могут быть электрическими и неэлектрическими. Примерами управляемых нелинейных элементов с электрическим управляющим фактором являются многоэлектродные вакуумные лампы, магнитные и диэлектрические усилители. Примером управляемого нелинейного сопротивления с неэлектрическим управляющим фактором является фотоэлемент, величина тока через который зависит от величины освещенности. Управляемые нелинейные элементы характеризуются семейством вольтамперных характеристик.
Все нелинейные элементы по виду вольтамперной характеристики можно разделить на две группы:
1) Не.шнейные элементы с симметричной характеристикой. К ним относятся такие нелинейные элементы, у которых вольтамперная характеристика не зависит от направления токов и напряжений (лампы накаливания, термосопротивления); к ним приближаются катушки с сердечником из магнитомягкого материала.
2) Нелинейные элементы с несимметричной характеристикой — элементы, у которых вольтамперные характеристики различны при различных направлениях тока и напряжения (электронные лампы, транзисторы).
Следует отметить, что деление электрических цепей на линейные и нелинейные, строго говоря, несколько условно, т.к. все реальные элементы электрических цепей в силу физических процессов, происходящих в них, всегда обладают некоторой нелинейностью. Поэтому элемент цепи может считаться линейным или нелинейным в зависимости от степени нелинейности и той задачи, которая ставится при рассмотрении данной цепи. Как уже отмечалось выше, наиболее многочисленными и широко применяемыми нелинейными элементами являются нелинейные активные сопротивления.