5. Оформление результатов работы

После выполнения лабораторной работы необходимо оформить отчет. Сделать выводы по проделанной работе.

6. Контрольные вопросы

1. Какой элемент называется нелинейным?

2. Что является важнейшей характеристикой нелинейного элемента?

3. Какими двумя параметрами характеризуется ВАХ нелинейного элемента?

4. Какая цепь называется нелинейной?

5. Как определяется дифференциальное сопротивление нелинейного элемента?

6. Как сказывается или о чем свидетельствует различие величин статического и дифференциального сопротивления?

7. Как построить общую ВАХ двух НЭ, включенных последовательно?

8. Как построить общую ВАХ двух НЭ, включенных параллельно?

Лабораторная работа № 5

Нелинейные элементы в цепях постоянного тока. Нелинейный мост

1. Цель работы

Экспериментальное определение вольт-амперных (ВАХ) и ом-вольтных характеристик диода и резистора. Расчетно-графическое определение критического напряжения, при котором мост находится в равновесии. Исследование схемы нелинейного моста и его характеристик в цепи постоянного тока, экспериментальное определение критического напряжения.

2. Сведения из теории

Нелинейными электрическими элементами называются такие элементы, у которых основные параметры (сопротивление, индуктивность, емкость) зависят от напряжения, тока и других величин. Принципиально все элементы в той или иной степени имеют нелинейность, но, если их нелинейность существенно не влияет на процессы в цепи, то эти цепи считаются линейными. Если же пренебречь нелинейностью нельзя, то цепи рассматривают как нелинейные.

В настоящее время нелинейные элементы получили широкое применение, так как они дают возможность решать задачи, которые при линейных элементах принципиально неразрешимы. Так, при помощи НЭ можно выпрямлять переменное напряжение, стабилизировать напряжение и ток, генерировать и усиливать сигналы различной формы и т. д. Нелинейные элементы применяются в устройствах автоматики, измерительной и вычислительной техники, в различных видах усилителей, в радиоэлектронике, а, в последнее время, даже в силовых цепях электроподвижного состава.

Если в цепи есть хотя бы один нелинейный элемент (сопротивление которого существенно зависит от тока или напряжения), то цепь в целом является нелинейной. В нелинейных цепях происходят такие явления, которые принципиально невозможны в линейных цепях. Одно из таких явлений исследуется в данной лабораторной работе.

П

Рис. 5.1. Электрическая схема с нелинейным устройством (НУ)

усть на вход некоторого нелинейного устройства (НУ) (рис. 5.1) подается монотонно возрастающее напряжение, при этом наблюдается протекание тока в устройстве. Этот ток (рис. 5.2) сначала возрастает (участок 0-m кривой), достигая максимума в точке m, затем убывает (участок m-n кривой), и, проходя через ноль (точка n кривой), меняет свое направление на противоположное. Такое явление было бы невозможно в линейной цепи. Цепь с рассмотренными свойствами может быть применена, например, в устройствах регулирования напряжения электрических машин.

Рис. 5.3. Схема нелинейного моста

Рис. 5.2. График изменения тока в НУ

В данной лабораторной работе нелинейное устройство (НУ) представляет собой мост, плечи которого состоят из полупроводниковых диодов (ПД) и линейных резисторов (рис. 5.3). На одну из диагоналей этого моста подается напряжение от источника постоянного напряжения, а к другой диагонали подключен амперметр, который фиксирует исследуемый ток I.

Если считать, что диагональ с амперметром не имеет сопротивления ( ), а полупроводниковые диоды и резисторы по параметрам идентичны, то на каждом плече моста окажется половина входного напряжения .

П

Рис. 5.4. Графическое определение критического напряжения на основании эксперимента

ри небольшом входном напряжении сопротивление полупроводникового диода значительно больше сопротивления резистора (рис. 5.4). Ток в цепи в основном течёт через резисторы и проходит через амперметр слева направо (см. рис. 5.5, а).

При некотором значении входного напряжения сопротивление диода становится равным сопротивлению резистора. Потенциалы точек горизонтальной диагонали моста (см. рис. 5.3) выравниваются, мост уравновешивается, и ток через амперметр становится равным нулю, т. е. перестаёт течь (см. рис. 5.5, б).

При дальнейшем увеличении входного напряжения сопротивление диода становится меньше сопротивления резистора. Ток в цепи начинает течь в основном через них. При этом через амперметр (см. рис. 5.5, в) ток проходит уже справа налево, т. е. изменяет свое направление на противоположное, относительно первоначального, и становится отрицательным.

Рис. 5.5. Режимы работы нелинейного моста