ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

Исследование процессов переключения в катушке индуктивности

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучение коммутационных процессов, возникающих в цепях, содержащих катушки индуктивности.

ОБОРУДОВАНИЕ

Персональный компьютер IBM PC на базе процессоров Intel Pentium (и выше). Программа моделирования, основанная на использовании SPICE моделей.

ВВЕДЕНИЕ

Индуктивнось (катушка индуктивности) – это пассивный элемент, представляющий собой намотанную на каком-либо каркасе катушку, состоящую из определенного количества витков медного обмоточного провода. Уравнение индуктивности, описывающее ее поведение в электрических схемах, выглядит следующим образом:

где L – индуктивность ; [L] = Гн (генри).

Напряжение, приложенное к индуктивности, вызывает нарастание, протекающего через нее тока, причем изменение тока происходит по линейному закону, если активное сопротивление всего контура равно нулю. Напряжение величиной 1 В, приложенное к индуктивности 1 Гн, приводит к нарастанию тока через индуктивность со скоростью 1 А в 1 с. В отличии от резистора, мощность, связанная с протекающим током через индуктивность, не преобразуется в тепло, а сохраняется в виде энергии магнитного поля катушки:

На схемах индуктивность изображают в виде нескольких витков

провода (рис.1):

рис.1

Такую конструкцию имеет простейшая индуктивность. Другие, более совершенные конструкции включают сердечник, на который наматывается провод. Материалом для сердечника чаще всего служит железо (пластинки, прокатанные из сплавов или изготовленные методом порошковой металлургии) или феррит, представляющий собой хрупкий непроводящий магнитный материал. Сердечник позволяет увеличить индуктивность катушки за счет магнитных свойств материала сердечника.

П РАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Необходимо собрать следующую принципиальную схему (рис.2). На вход Uупр необходимо подать прямоугольные импульсы заданной частоты (рис.3). Значение частоты и величину индуктивности уточнить у преподавателя. На вход Ucc необходимо подать напряжение питания 10 В.

рис. 3

Список элементов:

Описание	Название элемента	Название библиотеки
индуктивность	L	analog.slb
ключ	Sbreak	Breakout.slb
источник напряжения	Vsrc	sourse.slb
источник управляющего напряжения	Vpulse	sourse.slb
“земля”	AGND	port.slb
соединители	bubble	port.slb

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

Н еобходимо подобрать параметры источника управления, так чтобы на верхнем по схеме выводе катушки индуктивности наблюдалась похожая осцилограмма (рис.3):

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Обьясните, почему при размыкании ключа наблюдается отрицательный выброс напряжения (выноска 1, обозначенная на рис.3)?

2. Найдите функциональную зависимость величины отрицательного выброса от параметров схемы.

3. Объясните, почему после восстановления напряжения наблюдается положительный выброс напряжения (выноска 2, обозначенная на рис.3) и последующие колебания?

4. Определите, от чего зависит период наблюдаемых выше колебаний?

5. Исследуйте поведение схемы при устремлении индуктивности к нулю и к бесконечности. Объясните уменьшение при этом величины отрицательного выброса (выноска 1, обозначенная на рис.3)?

6. Объясните линейно спадающий участок (выноска 5, обозначенная на рис.3).

7. Объясните участок (выноска 6, обозначенная на рис.3).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. Т.1, Т.2, М.:Мир, 1983.

2. Савельев И.В. Курс общей физики. Электричество и магнетизм. Т.2, М.: Наука, 1988.

3. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Электричество. Т.3., М.: Наука, 1983.

4