Исследование электрической цепи постоянного тока с линейными и нелинейными элементами.

Цель работы

1. Экспериментальная проверка законов Кирхгофа.

2. Применение закона Ома и законов Кирхгофа для расчёта разветвлённых электрических цепей постоянного тока.

3. Снятие вольтамперных характеристик для линейных и нелинейных

элементов цепи.

4. Рассчитать баланс мощности.

Краткая теория

Совокупность устройств для получения, передачи, распределения и потребления электрической энергии называется электрической цепью.

Параметры линейных электрических цепей не зависят от тока и напряжения, а параметры нелинейных электрических цепей зависят от тока и напряжения.

Для расчёта нелинейных цепей можно применять графический метод с использованием экспериментальных вольтамперных характеристик элементов цепи, т.е. зависимостей тока в цепи от напряжения на элементах цепи

I (U).

Рассмотрим две схемы (рис. 5.1 и 5.2) последовательного и параллельного соединения линейного элемента ─ резистора R и нелинейного элемента ─ полупроводникового диода VD.

Рис. 5.1 Рис. 5.2

• При последовательном соединении элементов цепи (рис. 5.1)

определение зависимости тока на входе от значения приложенного напряжения определяем по II закону Кирхгофа суммированием напряжений U=U_R+U_VD при заданном значении тока I_X (рис. 5.3).

• При параллельном соединении элементов цепи (рис. 5.2) зависимость тока на входе от значения приложенного напряжения определяем по I закону Кирхгофа суммированием токов I=I_R+I_VD при заданном значении напряжения U_Х (рис.5.4).

Вольтамперные характеристики элементов представлены на рис. 5.3 и рис. 5.4.

Рис. 5.3 Рис. 5.4

Остальные координаты результирующих вольтамперных характеристик цепи можно найти путём изменения значений I и U.

Приборы и лабораторное оборудование

1. Амперметры, вольтметры постоянного тока.

2. Нагрузки: лампы накаливания, реостаты, выпрямители.

3. Источник питания постоянного тока.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с необходимой аппаратурой, приборами и заполнить таблицу 1(см. правила оформления отчёта).

2. Исследовать линейную разветвлённую электрическую цепь рис. 5.5.

• Произвести измерение напряжений, токов на отдельных участках цепи.

Установить с помощью тумблеров и скользящего контакта реостата R_реос. та-кие величины токов в цепях, при которых показания приборов будут в пределах шкалы прибора.

Рис. 5.5

Результаты измерений занести в таблицу 5.1.

Таблица 5.1

Измерено						Вычислено
U В	U1 B	U2 B	I1 А	I2 A	I3 A	R1 Ом	R2 Ом	R3 Ом	RЭКВИВ. Ом
Цена д
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10

Примечание:

Если нет возможности изменять величину входного напряжения, то

величины токов в ветвях схемы рис. 5.5 можно менять, включая различное количество ламп накаливания и изменяя сопротивление R_реос .

• Построить в одной координатной системе вольтамперные характеристики I₁ (U₁), I₂ (U₂), I₃ (U₂) для всех нагрузок электрической разветвлённой цепи и, пользуясь ими, построить вольтамперные характеристики

и I₁(U). По характеристике I₁(U) определить эквивалентное сопротивление всей цепи R_ЭКВ. и сравнить со значением, полученным в таблице 5.1.

3. Исследовать нелинейную разветвлённую электрическую цепь. В схеме рис. 5.5 реостат R в параллельной ветви заменить полупроводниковым диодом. Параметры диода подобрать такие, чтобы показания амперметра А₂

были в пределах шкалы прибора.

• Произвести измерения напряжений, токов на отдельных участках цепи, результаты измерений занести в таблицу 5.1.

• Аналогично построить в одной координатной системе вольтамперные

характеристики I₁ (U₁), I₂ (U₂), I₃ (U₂) нагрузок и построить вольтамперные характеристики иI₁(U). По характеристике I₁(U) определить эквивалентное сопротивление всей цепи R_ЭКВ..

4. Составить и рассчитать уравнение баланса мощности.

Контрольные вопросы

1. Какое отличие линейной и нелинейной электрических цепей?

2. Как записать для исследуемых цепей уравнения по закону Ома и

законам Кирхгофа?

3. Представьте вольтамперную характеристику полупроводникового

диода.

Лабораторная работа №6