Материал: Отчёт Лаб. №3

Министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации Ордена трудового красного знамени федеральное государственное

бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Московский технический университет связи и информатики»

Кафедра

Теория электрических цепей

Лабораторная работа №3

«Исследование на ЭВМ характеристик источников тока»

Выполнил студент

Проверил доц. Микиртичан А.Г.

Москва 2021

1. Цель работы

С помощью программы Micro-Cap получить внешние характеристики независимого источника тока. Познакомиться с зависимыми источниками.

2. Задание для самостоятельной подготовки

Изучить основные положения теории цепей об источниках cтр. 16-20, 81-83 [1] и стр. 18-24 [2]. Выполнить предварительный расчёт, письменно ответить на вопросы для самопроверки.

3. Предварительный расчёт

1. Рассчитать и построить зависимость тока I от сопротивления нагрузки R_н в цепи независимого источника постоянного тока (рис 1а).

Принять:

J = 7,6 мА – ток источника постоянного тока;

r = 321 Ом – Внутреннее сопротивление источника постоянного тока;

R_н = 0, 10, 20, 40, 80, 160, 320, 640, 1280, 2560, 5500 Ом – сопротивление нагрузки;

I=J/ (1 + R_н/r) = f(R_н) – ток в нагрузке от сопротивления нагрузки R_н.

Данный график занести в соответствующий раздел отчета. Полученные данные записать в таблицу 1.

2. Для той же цепи рассчитать и построить следующие зависимости:

U_н = IR_н = f(R_н) – падения напряжения на нагрузке от сопротивления нагрузки R_н;

Р_ист = JU_н = f(R_н) – мощность источника от сопротивления нагрузки R_н;

P_r = U_н­²/r = f(R_н) – мощность, выделяемая на внутреннем сопротивлении источника от сопротивления нагрузки R_н;

Ƞ = 100%(Р_н/Р_и) = f(R_н) – коэффициент полезной нагрузки (КПД) цепи от сопротивления нагрузки R_н;

Данные графики занести в соответствующие разделы отчета. Полученные данные записать в таблицу 1.

Таблица 1

3. Для цепи (рис. 1б) с линейным источником переменного тока управляемым переменным напряжением (ИТУН), рассчитать амплитуду тока J_m, если крутизна управления S = 3 A/B , управляющее напряжение u(t) = 2sin(2πft), f = 2 кГц, для двух значений сопротивлений нагрузки R_н 100 Ом и 200 Ом.

Полученные данные записать в таблицу 2.

Таблица 2

4. Графики теоретических зависимостей.

Зависимость тока от сопротивления нагрузки

Зависимость напряжения от сопротивления нагрузки

Зависимость мощности источника от сопротивления нагрузки

Зависимость мощности, выделяемой на внутреннем сопротивлении источника от сопротивления нагрузки

Зависимость мощности выделяемой на нагрузке от сопротивления нагрузки

Зависимость КПД цепи от сопротивления нагрузки

5. Сборка схемы Эксперимент 1

Исследование характеристик источника:

Зависимость тока от сопротивления нагрузки

Зависимость напряжения от сопротивления нагрузки

Зависимость мощности источника от сопротивления нагрузки

Зависимость мощности, выделяемой на внутреннем сопротивлении источника от сопротивления нагрузки

Зависимость мощности выделяемой на нагрузке от сопротивления нагрузки

Зависимость КПД цепи от сопротивления нагрузки

Эксперимент №2

Зависимость тока от сопротивления нагрузки

100 Ом

200 Ом

Вывод: сопротивление нагрузки не влияет на амплитуду тока ИТУН.

Осциллограмма напряжения источника и управляющего тока при Um=3

Вывод: при изменении управляющего напряжения, изменяется также и ток в ИТУН.

Выводы В ходе лабораторной работы были получены внешние характеристики независимого источника тока, построены требуемые графики зависимостей. Результаты, полученные в результате теоретического расчета, сходятся с результатами, полученными в результате компьютерного эксперимента. Были рассмотрены зависимости амплитуды тока ИТУН от сопротивления нагрузки и управляющего напряжения, в ходе проведения были сделаны соответствующие выводы.

Вопросы для самопроверки

1. Какой источник называется источником тока. Приведите примеры независимых и зависимых источников.

Источник тока (в теории электрических цепей) — элемент, двухполюсник, сила тока которого не зависит от напряжения на его зажимах (полюсах). Используются также термины генератор тока и идеальный источник тока. Источник тока используется в качестве простейшей модели некоторых реальных источников электрической энергии или как часть более сложных моделей реальных источников, содержащих другие электрические элементы. Следует заметить, что электрические характеристики реальных источников могут быть близки к свойствам источника тока или его противоположности — источника напряжения.

В электротехнике источником тока называют любой источник электрической энергии. Источником тока является катушка индуктивности, по которой шёл ток от внешнего источника, в течение некоторого времени после отключения источника. Этим объясняется искрение контактов при быстром отключении индуктивной нагрузки: стремление к сохранению тока при резком возрастании сопротивления (появление воздушного зазора) приводит к резкому возрастанию напряжения между контактами и к пробою зазора.

Вторичная обмотка трансформатора тока, первичная обмотка которого последовательно включена в мощную линию переменного тока, может рассматриваться как почти идеальный источник переменного тока. Следовательно, размыкание вторичной цепи трансформатора тока недопустимо. Вместо этого при необходимости пере коммутации в цепи вторичной обмотки (без отключения линии) эту обмотку предварительно шунтируют. Зависимый источник тока производит ток. Величина этого тока зависит от некоторого другого напряжения или тока. Следовательно, зависимые источники тока могут быть далее классифицированы на следующие две категории —

1)Зависимый от напряжения источник тока (ИТУН)

2)Зависимый от тока источник тока (ИТУТ)

Мы можем наблюдать эти зависимые или контролируемые источники в эквивалентных моделях транзисторов.

2. Режимы работы источника тока.

А) Режим холостого хода – это режим, при котором сопротивление приемника стремится к бесконечности – на практике это соответствует разрыву электрической цепи. Б) Номинальный режим источника характеризуется тем, что напряжение, ток и мощность его соответствуют тем значениям, на которые он рассчитан заводами-изготовителями. В) Согласованный режим – это режим, при котором источник отдает в приемник максимальную мощность. Г) Режим короткого замыкания характеризуется тем, что сопротивление приемника становится равным нулю.

3. Чему равно падение напряжения на нагрузке UH при RH = r?

U_н = I * R_н = J/ (1 + R_н/r) * R_н

При R_н = r:

U_н = J * r / 2

4. Чему равна мощность, выделяемая на внутреннем сопротивлении источника Р_r, при RH = r?

Р_r = Uн² / r

При R_н = r:

Р_r = J² * r / 4

5. Чему равен КПД при RH = r?

КПД = 100% * P_н / P_ист

P_н = I² * R_н

P_ист = E * I

При R_н = r получаем:

P_н = E² / (4 * r)

P_ист = E² / (2 * r)

КПД = 100% * 0,5 = 50 %