70772

Исследование нелинейных цепей постоянного тока

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

В одной системе координат построить вольтамперные характеристики нелинейных элементов и результирующие расчётные ВАХ цепи при последовательном параллельном и смешанном соединениях элементов. Результаты измерений Таблица № 1 Снятие ВАХ нелинейных элементов Rn1 и Rn2.

Русский

2014-10-27

293.5 KB

8 чел.

               Донецкий национальный технический университет

                                                                 

                                                                Кафедра Электромеханики и ТОЭ

                                          ОТЧЁТ

                                     по лабораторной работе №1           

               по дисциплине "Теоретические Основы Электротехники"

             "Исследование нелинейных цепей постоянного тока"

                                                (вариант №2)

                                                                                         Выполнил студент    

                                                                                         группы ЭАПУ–2000б

                                                                                         Голяев Р. А.

                                                                                         Принял преподаватель

                                                                                         Малеев Д. М.

                                               

                                                     Донецк–2002

                                                      Цель работы

  Исследование вольт–амперных характеристик нелинейных элементов и проверка графических методов расчёта электрических цепей постоянного тока, содержащих нелинейные резисторы.

                                               Выполнение работы

 1. Используя регулируемый источник постоянного тока, снять вольт–амперные характеристики нелинейных элементов Rn1 и Rn2. Напряжение изменять от 0 до 20 В с интервалом 2 В. Данные занести в таблицу № 1 и вычислить статические сопротивления элементов.

 2. Используя регулируемый источник постоянного напряжения, снять вольт– амперные характеристики цепи при последовательном, параллельном и смешанном соединениях элементов. Результаты измерений внести в         таблицу № 2.

 3. Собрать схему рис. 3 и измерить узловое напряжение и токи в ветвях. Результаты измерений внести в таблицу № 3.

 4. По данным таблицы № 1 в одной системе координат построить вольт–амперные характеристики нелинейных элементов Rn1 и Rn2 и зависимости их статических сопротивлений от напряжения источника.

 5. В одной системе координат построить вольт–амперные характеристики нелинейных элементов и результирующие расчётные ВАХ цепи при последовательном, параллельном и смешанном соединениях элементов.

 6. Выполнить расчёты для таблиц № 2 и № 3. Сравнить расчётные данные с экспериментальными.  

Рис. 1. Схема для снятия вольт–амперных характеристик нелинейных элементов Rn1 и Rn2.

Примечание: на месте элемента Rn включается элемент Rn1 или Rn2.

Рис. 2. Схема для исследования последовательного соединения нелинейных элементов.

Рис. 3. Схема для исследования параллельного соединения нелинейных элеметнов.

Рис. 4. Схема для исследования смешанного соединения нелинейных элементов (R=300 Ом).

Рис. 5. Схема для проверки метода двух узлов (R=300 Ом, E1=10 В, E3=20В).

                                         

                                      Результаты измерений

         Таблица № 1 Снятие ВАХ нелинейных элементов Rn1 и Rn2.

 N

 Нелинейный элемент Rn1

 Нелинейный элемент Rn2

  

 U, В

I, мА

Rст, Ом

U, В

I, мА

Rст, Ом

 1

  0

  0

     —

   0

    0

         —

 2

  2

 5.2

 384.615

   2

  20.5

     97.561

 3

  4

 10.7

 377.958

   4

   28

     142.857

 4

  6

 16.2

    375

   6

   37

    162.162

 5

  8

 21.4

 373.832

   8

   43

    186.047

 6

 10

 26.9

 371.747

  10

   50

        200

 7

 12

 33.4

 359.281

  12

   55

     218.182

 8

 14

 44.5

 314.606

  14

   61

     229.508

 9

 16

 59.5

 302.521

  16

   66

     242.424

10

 18

 75.2

 239.362

  18

   71

     253.521

11

 20

  95

 222.222

  20

   74

      270.27

Таблица № 2. Снятие ВАХ цепи при последовательном, параллельном и смешанном соединениях нелинейных элементов.

                                                Соединение

N

   Последовательное

    Параллельное

  Последовательное

U, B

Ip, мА

Iэ, мА

U, B

Ip, мА

Iэ, мА

U, B

Ip, мА

Iэ, мА

1

   0

   0

   0

   0

   0

   0

   0

   0

   0

2

   2

  4.2

  4.5

   2

 25.7

  25

   2

  5.3

   5

3

   4

  7.8

  8

   4

 35.6

  36

   4

  9.7

  10

4

   6

 11.3

 11.5

   6

  53

  53

   6

14.5

 14.5

5

   8

 14.3

 14

   8

 64.3

  65

   8

18.9

  19

6

 10

 17.5

 18

 10

 76.9

  77

 10

23.3

  23

7

 12

 20.7

 21.5

 12

 88.4

  88

 12

27.5

  27

8

 14

 25.7

 25.5

 14

103.5

  104

 14

32.4

  32

9

 16

 29.4

 29

 16

 119

 118.5

 16

36.8

  37

10

 18

 36.5

 36.2

 18

151.2

  151

 18

42.5

42.5

11

 20

 40.6

  40

 20

 164

  164

 20

47.4

  47

 

Таблица № 3. Проверка метода двух узлов.

     U12, В

      I1, мА

      I2, мА

     I3, мА

Вычислено

       8.2

         4

       43

        39

Измерено

        8

       3.5

       42

       38.5

                                                  Вычисления

      1. Для таблицы № 1.

                                                              

       2. Для таблицы № 2.

                                                        

       3. Для таблицы № 3.

                                              

   Рис. 6. Вольт–амперные характеристики нелинейных элементов Rn1 и Rn2

Примечание: синяя линия – ВАХ элемента Rn1, красная линия – ВАХ элемента Rn2.

Рис.7. Графики зависимостей статических сопротивлений нелинейных элементов от напряжения источника.

Примечание: синяя линия – Rст1(U), красная линия Rcт2(U).

Построения вольт–амперной характеристики цепи при последовательном соединении нелинейных элементов.

1. Задаёмся значениями токов и определяем напряжения U1 и U2 на нелинейых элементах.

2. Находим напряжение U на зажимах цепи (U=U1+U2).

3. Данные заносим в таблицу № 4.

4. Строим ВАХ цепи.

Таблица № 4. Данные для построения вольт–амперной характеристики цепи при последовательном соединении нелинейных элементов.

N

  1

  2

   3

  4

  5

  6

  7

  8

  9

 10

I, мА

  4

  8

12

 16

 20

 24

 28

 32

 36

 40

U1, B

 0.2

0.4

0.6

1.1

 1.9

2.8

3.8

 4.8

 5.9

6.7

U2, B

1.6

3.2

4.5

6.1

 7.7

  9

10.5

11.7

12.6

13.2

U, В

1.8

3.6

5.1

7.2

 8.6

11.8

14.3

16.5

18.5

19.9

Рис. 8. Вольт–амперная характеристика цепи при последовательном соединении нелинейных элементов. (зелёная линия – ВАХ цепи).

Построение вольт–амперной характеристики цепи при параллельном соединении нелинейных элементов.

1. Задаёмся значениями напряжения U цепи.

2. Находим токи I1 и I2 в ветвях с нелинейными элементами.

3. Находим общий ток I   (I=I1+I2).

4. Полученные данные заносим в таблицу № 5.

5. Строим ВАХ цепи.

Таблица № 6. Данные для построения ВАХ цепи при параллельном соединении нелинейных элементов.

N

 1

 2

 3

 4

 5

 6

 7

 8

 9

10

11

12

13

U, B

 1

 2

 3

 4

 5

 6

 7

 8

 9

10

11

12

13

I1, мА

2.5

5.2

7.7

10.7

13.2

16.2

18.5

21.4

23.7

26.9

29.5

33.4

39.3

I2 мА

15

20.5

25

28

33.5

37

40.7

43

47

50

52.8

55

57.8

I, мА

17.5

25.7

32.7

38.7

46.7

53.2

59.2

64.4

70.7

76.9

82.3

88.4

97.1

Рис. 9. Вольт–амперная характеристика цепи при параллельном соединении нелинейных элементов.

Построение вольт–амперной характеристики цепи при смешанном соединении нелинейных элементов.

1. Задаёмся значениями напряжения U цепи.

2. Находим токи I1 и I2 в ветвях с нелинейными элементами.

3. Находим общий ток I   (I=I1+I2).

4. Полученные данные заносим в таблицу № 7.

5. Строим ВАХ участка цепи, содержащего параллельные ветви с нелинейными элементами.

6. Строим ВАХ линейного сопротивления R.

6.1. Найдём ток I при напряжении U=20 В ().

.

6.2 Соединяем точки (0;0)  и (20;66.7) прямой, получаем ВАХ резистора R.

7. Задаёмся общим током I цепи.

8. Определяем напряжения на U12 и U3.

9. Определяем напряжение U (U=U1+U2).

10. Полученные данные заносим в таблицу № 8.

11. Строим ВАХ цепи.

Таблица № 7. Данные для построения ВАХ участка цепи Рис.4, содержащего параллельные ветви с нелинейными элементами.

N

 1

 2

 3

 4

 5

 6

 7

 8

 9

10

11

12

13

U, B

 1

 2

 3

 4

 5

 6

 7

 8

 9

10

11

12

13

I1, мА

2.5

5.2

7.7

10.7

13.2

16.2

18.5

21.4

23.7

26.9

29.5

33.4

39.3

I2 мА

15

20.5

25

28

33.5

37

40.7

43

47

50

52.8

55

57.8

I, мА

17.5

25.7

32.7

38.7

46.7

53.2

59.2

64.4

70.7

76.9

82.3

88.4

97.1

 

Таблица № 8. Данные для построения ВАХ цепи, содержащей смешанное соединение нелинейных элементов.

N

 1

 2

 3

 4

 5

 6

 7

 8

 9

10

I, мА

 5

10

 15

20

 25

 30

 35

40

45

50

U12, B

0.1

0.3

0.6

1.2

1.9

2.5

3.3

4.1

4.8

5.5

U3, B

1.6

 3

4.5

 6

7.5

 9

10.4

11.9

13.4

14.9

U, B

1.7

3.3

5.1

7.2

9.4

11.5

13.7

16

18.2

20.4

Рис. 10. Вольт–амперная характеристика цепи при смешанном соединении нелинейных элементов.

Примечание: коричневая линия – ВАХ участка цепи, содержащей параллельные ветви с нелинейными элементами, фиолетовая линия – ВАХ всей цепи.

Расчёт цепи рис. 5. методом двух узлов.

1. Строим вольт–амперные характеристики всех элементов I1(U1), I2(U2),

I(U) по отношению к падениям напряжений на этих элементах.

2. Строим вольт–амперные характеристики всех элементов I1(U12), I2(U12),

I(U12) по отношению к напряжению U12.

2.1. Запишем выражения для нахождения напряжения U12 по второму закону Кирхгофа.

2.2. Находим зависимости I1(U12), I2(U12), I(U12).

2.3. Данные заносим в таблицу № 9.

2.4. Строим ВАХ I1(U12), I2(U12), I(U12) всех элементов.

3. Строим вольт–амперную характеристику  .

3.1. Сложим графически токи I1 и I3. Данные заносим в таблицу № 10.

3.2. Строим ВАХ  .

4. Определяем параметры цепи. Рабочая точка находится на пересечнии ВАХ

I2(U12) и .

Таблица № 9. Данные для построения ВАХ I1(U12), I2(U12), I(U12) всех элементов.

N

 Нелинейный элемент Rn1

Нелинейный элемент Rn2

Линейный резистор R

  

 U1, В

 U12, В

I1, мА

U2, В

U12, В

I2, мА

U, В

U12, В

I3, мА

 1

  0

 10

  0

   0

   0

   0

   0

 20

  0

 2

  2

  8

 5.2

   2

   2

 20.5

   2

 18

 6.7

 3

  4

  6

 10.7

   4

   4

   28

   4

 16

13.3

 4

  6

  4

 16.2

   6

   6

   37

   6

 14

 20

 5

  8

  2

 21.4

   8

   8

   43

   8

 12

26.7

 6

 10

  0

 26.9

  10

  10

   50

  10

 10

33.3

 7

 12

–2

 33.4

  12

  12

   55

  12

  8

 40

 8

 14

–4

 44.5

  14

  14

   61

  14

  6

46.7

 9

 16

–6

 59.5

  16

  16

   66

  16

  4

53.3

10

 18

–8

 75.2

  18

  18

   71

  18

  2

60

11

 20

–10

  95

  20

  20

   74

  20

  0

66.7

Таблица № 11. Данные для построения построения ВАХ  .

U12,B

 0

 2

 4

 6

 8

10

12

14

  16

I1, мА

26.9

21.4

16.2

10.7

5.2

 0

–5.2

–10.7

–16.2

I3, мА

66.7

60

53.3

46.7

40

33.3

26.7

20

  13.3

(I1+I3), мА

93.6

81.4

69.5

57.4

45.2

33.3

21.5

9.3

 –2.9

Рис.11. Вольт–амперные характеристики цепи Рис. 5. Для её расчёта методом двух узлов.

Примечание: синяя линия – ВАХ  I1(U1),  красная линия – ВАХ  I2(U2), коричневая линия – ВАХ  I3(U), серая линия – ВАХ  I1(U12),                       тёмно–фиолетовая линия – ВАХ  I3(U12), фиолетовая линия – ВАХ (I1+I3)=f(U12).    

Рабочая точка находится на пересечении ВАХ  I2(U2) и (I1+I3)=f(U12).

Результаты расчёта: U12=8.2 В, I1=4 мА, I2=43 мА.

                                                       Вывод                                                                         

   В данной лабораторной работе были исследованы свойства нелинейных элементов и электрических цепей, содержащих их различные соединения.

Была выполнена проверка графического метода расчёта нелинейных электрических цепей (метода двух узлов) путём эксперимента и применения этого метода. Были построены вольт–амперные характеристики всех резисторов и их соединений: (последовательного, параллельного и смешанного). В результате сравнения расчётных и экспериментальных данных был сделан вывод об их совпадении, что свидетельствует о справедливости метода двух узлов и других графических методов расчёта нелинейных электрических цепей постоянного тока.

 

   

2


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

24833. Василий Перов 275 KB
  Голод холод нужда вот что ожидало большую часть детей. Во многих семьях детей попросту не могли прокормить даже если ребята трудились наравне со взрослыми. На самом деле многие мастеровые нагружали детей таким адским трудом что они просто не выживали болели и умирали от адской работы. Раннее морозное утро город покрыт густым серым туманом по снежной улице трое изможденных детей тянут на санях бочку с водой .
24834. Влади́мир Его́рович Мако́вский 186.5 KB
  Его отец Егор Иванович Маковский человек умный образованный и богато одаренный на свои скромные средства он служил бухгалтером Экспедиции Кремлевских строений составил значительное собрание редких высокохудожественных гравюр и картин. Маковский затронул и показал жизнь почти всех социальных групп и сословий России.
24835. Земство обедает 1.14 MB
  Художник показывает неравноправное положение членов земской управы простым сюжетным ходом земство обедает соответственно своему социальному положению.
24836. «Иван Грозный и его сын Иван», 1883- 1885, 371 KB
  Обезумевший от гнева старик ударил тяжелым жезлом своего сына в висок. Другою рукою прижимает он сына к себе и целует его испачкав свое лицо в кровь. Кстати лицо сына Репин писал с писателя Гаршина лицо которого по мнению живописца выражало безропотную обреченность и великую жертвенность. Мы видим безумные глаза Грозного волосы вставшие от ужаса дыбом судорожно обнимающие тело сына руки.
24837. Илья Ефимович Репин 166 KB
  К 1863 году Репин мечтавший об Академии художеств отправился в Петербург. После недолгого пребывания в школе рисования Репин был принят в январе 1864 года в Академию художеств вольнослушателем. Окончание Академии художеств с золотой медалью дало право Репину как пенсионеру Академии уехать за границу совершенствовать своё живописное мастерство.
24838. Городские сети (или сети мегаполисов) - Metropolitan Area Networks (MAN) 14.17 KB
  Эти сети появились сравнительно недавно. В то время как локальные сети наилучшим образом подходят для разделения ресурсов на коротких расстояниях и широковещательных передач а глобальные сети обеспечивают работу на больших расстояниях но с ограниченной скоростью и небогатым набором услуг сети мегаполисов занимают некоторое промежуточное положение. Эти сети первоначально были разработаны для передачи данных но сейчас они поддерживают и такие услуги как видеоконференции и интегральную передачу голоса и текста.
24840. Основные отличия локальных сетей от глобальных 17.98 KB
  Так как в последнее время эти отличия становятся все менее заметными то будем считать что в данном разделе мы рассматриваем сети конца 80х годов когда эти отличия проявлялись весьма отчетливо а современные тенденции сближения технологий локальных и глобальных сетей будут рассмотрены в следующем разделе. Класс локальных вычислительных сетей по определению отличается от класса глобальных сетей небольшим расстоянием между узлами сети. Это в принципе делает возможным использование в локальных сетях качественных линий связи: коаксиального...
24841. Сети отделов 27.32 KB
  Главной целью сети отдела является разделение локальных ресурсов таких как приложения данные лазерные принтеры и модемы. Обычно сети отделов имеют один или два файловых сервера и не более тридцати пользователей рис. Сети отделов обычно не разделяются на подсети.