Последовательное соединение двух нелинейных элементов

Для расчета такой цепи, (рис. 1.1) заданные вольт-амперные характеристики элементов и строят в общей системе ко­ординат (рис. 1.2).

Далее строят вольт-амперную характеристику I(U) всей цепи, выражающую зависимость тока в цепи от общего напряжения.

Ток I обоих участков цепи одинаков, а общее напряжение

.

Для построения общей вольт-амперной характеристики достаточно сложить абс­циссы исходных кривых и .

Проведем прямую, параллельную оси абсцисс и соответствующую току I_v Отрез­ки 1-2 и 1-3 в выбранном масштабе выра­жают напряжения на участках. Сло­жив эти отрезки, на той же прямой полу­чим точку 4 общей вольт-амперной харак­теристики.

Для других значений тока аналогично найдем еще ряд точек, через которые прове­дена общая вольт-амперная характеристика.

Рис. 1.1

Рис. 1.2

Параллельное соединение двух нелинейных элементов

При параллельном соединении двух нелинейных элементов (рис. 1.3) к ним приложено одно и то же напряжение U, а ток в неразветвленной части цепи равен сумме токов в ветвях:

Для построения общей вольт-амперной характеристики I(U) нужно для ряда значе­ний U сложить ординаты вольт-амперных характеристик элементов, как показано на рис. 1.4. При напряжении (отрезок 0-1) сумма отрезков 1-2 (ток ) и 1-3 (ток ) равна отрезку 1-4 (ток I).

Рис. 1.3

Рис. 1.4

Смешанное соединение нелинейных элементов

При смешанном соединении нелинейных элементов, графиче­ский расчет цепи производится методом «свертывания» схемы: в соответствии со схемой соединения элементов складываются их вольт-амперные характеристики.

Рассмотрим решение этой задачи при­менительно к схеме (рис.1.5).

По заданным характеристикам , параллельно соединенных элементов строится вольт-амперная характеристика участка цепи между точками.

Для примера на рис. 1.7 при напряже­нии (отрезок 0-1) определены токи (отрезок 1-2) и (отрезок 1-3), а затем ток (отрезок 1-4).

Далее строим вольт-амперную характе­ристику всей цепи, учитывая, что уча­сток цепи между точками b, c включен после­довательно с нелинейным элементом на уча­стке ab. Для примера при токе (отрезок 0-7) определены напряжения (отрезок 7-5) и (отрезок 7-4), а также общее на­пряжение (отрезок 7-6).

Рис. 1.5

Рис. 1.6

Перечень приборов

1. Источник постоянного тока «= 30В»

2. Реостат (потенциометр) - 1 шт.- на лицевой панели изм. блока,

3. Мультиметр - Зшт.

4. Магазин сопротивлений - 1 шт.

5. Лампа накаливания - 1 шт. (на лицевой панели изм. блока).

Порядок выполнения работы (1-й вариант)

1. Определить размещение приборов на столе.

2. Собрать эл. схему цепи (рис.1.7).

Опыт № 1 (снятие вольт-амперных характеристик элементов).

3. Определить цену деления приборов.

4. Установить на магазине сопротивлений заданную преподавателем величину R.

5. Предъявить собранную схему для проверки преподавателю.

6. Установить ключ S₁ в нейтральное положение, ключ S2 - в положение (I).

7. Включить выключатель Sпит. постоянного тока, снять вольтамперную харак­теристику резистора R, поднимая потенциометром напряжение от нуля до заданного значения. Показания приборов записать в табл. № 1.1. Отключить напряжение.

8. Установить ключ S2 в нейтральное положение, ключ S1 - в положение один (I).

9. Включить выключатель Sпит постоянного тока, снять вольт-амперную харак­теристику нелинейного элемента (лампы Н), поднимая потенциометром напряжение от нуля до заданного значения. Записать показания приборов в табл. № 1.1. Отключить напряжение.

10. Установить ключ S2 в нейтральное положение, ключ S₁ - в положение (II).

11. Включить выключатель Sпит постоянного тока, снять вольт-амперную харак­теристику с последовательно включенных резистора R и лампы Н, поднимая потенциометром Rn напряжение от 0 до заданного значения. Записать показания приборов в табл. №8. Отключить напряжение.

12. Установить ключи S₁ и S2 положение (I).

13. Включить выключатель Sпит постоянного тока, снять вольтамперную харак­теристику с параллельно соединенных R и Н, поднимая потенциометром Rпит. напряжение от 0 до заданного значения. Записать показания приборов в табл. №1.1. Отключить напряжение.

14. Построить в общей системе координат в одинаковом масштабе вольт-амперные характеристики резистора и лампы. По данным характеристикам графически построить их общие вольт-амперные характеристики для их последовательного и параллельного соединений.

15. Полученные опытным путем вольт-амперные характеристики для последовательного и параллельного соединений резистора R и лампы Н нанести в этом же масштабе на график. Результаты сравнить.

16. Сделать выводы по работе.