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

17 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

69752. Параметри-процедури і параметри-функції 28.5 KB
  Як формальні параметри в мові Паскаль, крім параметрів-значень і параметрів-змінних, використовують також імена процедур і функцій. Параметри-процедури в списку формальних параметрів в авторській версії Паскаль зазначають після службового слова procedure.
69753. Перетворення типів 28.5 KB
  Однак Турбо Паскаль допускає в певних межах такі перетворення які треба задавати в явному вигляді. Є три способи задавати перетворення типів: неявні перетворення використання стандартних функцій і явні перетворення.
69754. Вставляння заданого елемента 27.5 KB
  Заданий елемент у рядок вставлятимемо за вказівкою на ланку, після якої він повинен бути. Нехай початковий динамічний рядок має вигляд, показаний на рис. 11.3. Після В треба вставити D. Цей випадок схематично зображено на рис...
69755. Шукання елемента списку 22.5 KB
  Алгоритм шукання елемента в списку аналогічний до шукання в динамічному рядку. Тому для списку теж складемо логічну функцію, побічним ефектом якої є інформація про першу за порядком ланку, яка містить шуканий елемент.
69756. Поняття про графи і дерева 39 KB
  Графом називають скінченну множину точок - вершин графа, для деяких пар якої налагоджені зв’язки - ребра графа. Розглянемо використання графів для зображення динамічних структур. Нехай є деяка структура, що складається з записів, пов’язаних між собою системою вказівок...
69757. Особливості використання динамічних змінних 26.5 KB
  3 доступ до динамічних змінних відбувається за допомогою змінних з вказівником. Множина операцій над змінними з вказівником визначена типом цих динамічних змінних. Зрозуміло що для реалізації цього алгоритму можна було б не використовувати вказівних змінних і динамічних структур...
69758. Технології передавання повідомлень 38 KB
  Сокет це абстрактна кінцева точка з’єднання через яку процес може відсилати або отримувати повідомлення. Під час обміну даними із використанням сокетів зазвичай застосовується технологія клієнтсервер коли один процес сервер очікує з’єднання а інший клієнт з’єднують із ним.
69759. Сторінково-сегментна організація пам’яті 52 KB
  Оскільки сегменти мають змінну довжину і керувати ними складніше, чиста сегментація зазвичай не настільки ефективна, як сторінкова організація. З іншого боку, видається цінною сама можливість використати сегменти як блоки пам’яті різного призначення змінної довжини.
69760. Атрибути файлів. Операції над файлами і каталогами 34.5 KB
  Кожний файл має набір характеристик - атрибутів. Набір атрибутів змінюється залежно від файлової системи. Найпоширеніші атрибути файла наведено нижче. Ім’я файла, докладно розглянуте раніше. Тип файла, який звичайно задають для спеціальних файлів (каталогів, зв’язків тощо).