Министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский технический университет связи и информатики» Кафедра Теории электрических сетей Лабораторная работа №2 «Исследования на ЭВМ характеристик источника постоянного напряжения» Оглавление Цель лабораторной работы ............................................................................... 3 2.Ход выполнения лабораторной работы ....................................................... 4 2.1 Предварительный расчет ............................................................................ 4 2.2 Исследование характеристик ИНУТ .......................................................... 9 3.Вывод .............................................................................................................. 12 4.Ответы на вопросы ....................................................................................... 12 Список использованных источников............................................................ 14 2 1.Задание Цель лабораторной работы С помощью программы Micro-Cap получить внешние характеристики источников напряжения. Познакомиться с зависимыми источниками. 3 2.Ход выполнения лабораторной работы 2.1 Предварительный расчет Я рассчитала и построила зависимость тока I от сопротивления нагрузки Rн в цепи, представленной на рисунке 1. Рисунок 1 – Электрическая цепь Приняв E= 2.9 В, r= 320 ОМ, а Rн = 0, 10, 20, 40, 80, 160, 320, 640, 1280, 2560 и 8000 ОМ, я рассчитала значения тока в цепи (I), падение напряжения на нагрузке (Uн), мощность источника напряжения (P ист), мощность, выделяемую на внутреннем сопротивлении источника (P r), мощность, выделяемую на нагрузке и КПД цепи в зависимости от значений сопротивления нагрузки Rн. Эти данные указаны в таблице 1, сделанной в программе Microsoft Excel. Расчет производился с помощью следующих формул: 𝐼= 𝐸 𝑟 + 𝑅н 𝑈н = 𝐼 ∗ 𝑅н 𝑅 ист = 𝐸 ∗ 𝐼 𝑃 𝑟 = 𝐼2 ∗ 𝑟 𝑃н = 𝐼 2 ∗ 𝑅н 𝜇= 𝑃н ∗ 100% 𝑃ист 4 Таблица 1 – Предварительный расчет На рисунке 2 представлен график зависимости тока от сопротивления нагрузки Rн. Рисунок 2 – График зависимости тока от сопротивления нагрузки Rн При значении напряжения при сопротивлении Rн= r =320 Ом I=4,53мА. На рисунке 3 представлен график зависимости напряжения от сопротивления нагрузки Rн. 5 Рисунок 3 – График зависимости напряжения от сопротивления нагрузки Rн На графике показано значение, к которому асимптотически стремится напряжение – 2,78 В, а также значение напряжения при сопротивлении Rн= r =320 Ом Uн=1,45 В. На рисунке 4 представлен график зависимости мощности источника от сопротивления нагрузки Rн. Рисунок 4 – График зависимости мощности источника от сопротивления нагрузки Rн На графике показано значение, к которому асимптотически стремится мощность – 0,00101 Вт, а также значение мощности при сопротивлении Rн= r =320 Ом Pист= 0,013 Вт. 6 На рисунке 5 представлен график зависимости мощности внутреннего сопротивления источника от сопротивления нагрузки Rн. Рисунок 5 – График зависимости мощности внутреннего сопротивления источника от сопротивления нагрузки Rн На графике показано значение, к которому асимптотически стремится мощность – 3,89E-05 Вт, а также значение мощности при сопротивлении Rн= r =320 Ом Pr= 0,00657 Вт. На рисунке 6 представлен график зависимости мощности нагрузки от сопротивления нагрузки Rн. Рисунок 6 – График зависимости мощности нагрузки от сопротивления нагрузки Rн 7 На графике показано значение, к которому асимптотически стремится мощность – 0,000972 Вт, а также значение мощности при сопротивлении Rн= r =320 Ом Pн= 0,00657 Вт. На рисунке 7 представлен график зависимости КПД от сопротивления нагрузки Rн. Рисунок 7 – График зависимости КПД от сопротивления нагрузки Rн На графике показано значение, к которому асимптотически стремится КПД – 96,15% , а также значение КПД при сопротивлении Rн= r =320 Ом Pн= 50%. Данные, упомянутые выше и проверенные экспериментальным путем занесены в таблицу 2, сделанной в программе Microsoft Excel. 8 Таблица 2 – Значения переменных, полученные экспериментальным путем 2.2 Исследование характеристик ИНУТ Схема с линейным зависимым источником переменного напряжения ИНУТ представлена на рисунке 8. Рисунок 8 – Схема с линейным зависимым источником переменного напряжения ИНУТ Посчитаем значение величину амплитуд напряжения Um, если: Управляющее сопротивление = 3 Ом Амплитуда Im=1.8 А Частота F = 2кГц Сопротивление нагрузки R1 = 100 Ом, 200 Ом 9 Um= Im* Результаты вычислений и эксперимента представлены в таблице 3. Таблица 3 – Результаты вычислений и эксперимента На рисунке 9 изображена осциллограмма напряжения источника и управляющего тока, где сопротивление нагрузки R1 = 100 Ом Рисунок 9 – осциллограмма напряжения источника и управляющего тока, где сопротивление нагрузки R1 = 100 Ом На рисунке 10 изображена осциллограмма напряжения источника и управляющего тока, где сопротивление нагрузки R1 = 200 Ом Рисунок 10 – осциллограмма напряжения источника и управляющего тока, где сопротивление нагрузки R1 = 200 Ом 10 Из рисунков 9 и 10 мы можем заметить, что изменение сопротивления нагрузки не влияет на амплитуду тока ИНУТ. На рисунке 11 представлен график зависимости напряжения на нагрузке от времени и управляющего тока при изменении управляющего напряжения Um = 3В (А=3). Рисунок 11 – График зависимости напряжения на нагрузке от времени и управляющего тока при изменении управляющего напряжения Um = 3В По рисункам 9 и 11 можно заметить, что амплитуда напряжения ИНУТ увеличилась, следовательно, амплитуда напряжения ИНУТ и амплитуда управляющего напряжения находятся в прямо пропорциональной зависимости. 11 3.Вывод При выполнении лабораторной работы, я познакомились с принципом работы цепи источника постоянного напряжения и цепи с ИНУТ, произвела необходимые расчёты и построила графики зависимостей. По итогу лабораторной работы можно сказать, что результат предварительного расчета полностью совпадает с результатом машинного. 4.Ответы на вопросы 1)Какой источник называется источником ЭДС? Приведите примеры независимых и зависимых источников. Ответ: Источник ЭДС (или идеальный источник напряжения) – это активный элемент с двумя зажимами, напряжение на которых не зависит от тока, проходящего через источник. В таком идеальном источнике отсутствуют пассивные элементы, т.е. у источника нету сопротивления индуктивности и ёмкости. В связи отсутствием пассивных элементов при прохождении тока через источник не создается падение напряжения. Упорядоченное перемещение от меньшего потенциала к большему возможно за счёт присущих источнику сторонних сил. Независимые источники - батарея (химические источники тока), сеть в розетке 220В и тд; зависимый источник – ИТУН и ИНУТ. 2) Режимы работы источника ЭДС. Ответ: a) Режим холостого хода – это режим, при котором сопротивление приемника стремится к бесконечности. b) Номинальный режим – это режим, на который рассчитывается источник (т.е. напряжение, ток и мощность его соответствуют тем значениям, на которые он рассчитан заводами-изготовителями) c) Согласованный режим - это режим, при котором в нагрузку отдается максимальная мощность. d) Режим короткого замыкания – режим, при котором сопротивление приёмника становится равным нулю. 12 3) Чему равно падение напряжения на нагрузке 𝑈н при 𝑅н = r? Ответ: 1,45 В 4) Чему равна мощность, выделяемая на внутреннем сопротивлении источника 𝑃𝑟 при 𝑅𝐻 = r? Ответ: 0,00657 Вт 5) Чему равен КПД при 𝑅𝐻 = r? Ответ: 50% 13 Список использованных источников 1. ГОСТ 7.32-2017 Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Отчет о научноисследовательской работе. Структура и правила оформления. - URL: https://files.stroyinf.ru/Index/655/65555.htm (дата обращения 05.09.2021). 2. Фриск В.В., Логвинов В.В. Основы теории цепей, основы схемотехники, радиоприемные устройства. Лабораторный практикум на персональном компьютере. – М.: СОЛОН-ПРЕСС 2008, 609 с. 14
