Зависимость напряжения от сопротивления нагрузки

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ
МОСКОВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СВЯЗИ И ИНФОРМАТИКИ (МТУСИ)
Кафедра теории электрических цепей
Лабораторная работа № 2
Исследование на ЭВМ характеристик источника постоянного
напряжения
Стенд № 1
Выполнил студент группы ЗС.05.02 ОТФ-2
_______________ И.И. Иванов
Москва 2006
Цель работы:
С помощью программы Micro-Cap получить внешние характеристики
источников напряжения. Познакомиться с зависимыми источниками.
2
1 Независимый источник
Схема 1.
Исходные данные:
E = 2,4 В – ЭДС источника;
r = 320 Ом – внутреннее сопротивление источника;
RH = 0, 10, 20, 40, 80, 160, 320, 640, 1280, 2560 и 5000
Ом – сопротивление нагрузки;
I = E/(r + RH) – ток в нагрузке от сопротивления нагрузки RH.
UH = IRH – падения напряжения на нагрузке от сопротивления нагрузки RH;
РИСТ =EI – мощность источника от сопротивления нагрузки RH;
Рr = I2r – мощность, выделяемая на внутреннем сопротивлении источника от
сопротивления нагрузки RH;
РН = I2RH – мощность, выделяемая на нагрузке от сопротивления нагрузки RH;
 = 100%(РН / РИ) – коэффициент полезного действия (КПД) цепи от сопротивления
нагрузки RH;
3
Таблица 1
По предварительному расчету
R н,
I,
Uн,
Pист,
P н,
Pr,
,
Ом
мА
В
мВт
мВт
мВт
%
0
7,5
0
18
0
18
0
10
7,27
0,0727
17,45
0,528
16,912
3,026
20
7
0,014
16,8
0,92
15,68
5,476
40
6,67
0,2668
16
1,779
14,237
11,12
80
6
0,48
14,4
2,88
11,52
20
320
3,75
1,2
9
4,48
4,48
49,78
1280
1,48
1,89
3,552
2,8
0,7
78,83
2560
0,8
2,05
1,92
1,638
0,205
85,31
5000
0,45
2,25
1,08
1
0,0648
92,59
Получено экспериментально
R н,
I,
Uн,
Pист,
P н,
Pr,
,
Ом
мА
В
мВт
мВт
мВт
%
0
7,5
4,687*10-9
18
7,03*10-5
18
1,953*10-8
10
7,273
0,073
17,455
0,529
16,926
3,03
20
7,059
0,141
16,941
0,996
15,945
5,882
40
6,667
0,267
16
1,778
14,222
11,111
80
6
0,480
14,4
2,880
11,52
20
320
3,75
1,2
9
4,5
4,5
50
1280
1,5
1,92
3,6
2,88
0,72
80
2560
0,833
2,133
2
1,778
0,222
88,889
5000
0,451
2,256
1,083
1,018
0,065
93,985
4
1.1 Предварительные расчеты
Зависимость тока от сопротивления нагрузки
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0
10
20
40
80
320
1280
2560
5000
Зависимость напряжения от сопротивления
нагрузки
2,5
2
U, В
1,5
0
1
0,5
0
0
10
20
40
80
320
5
1280
2560
5000
Зависимость мощности источника от сопротивления нагрузки.
20
18
16
14
12
10
Ряд1
8
6
4
2
0
0
10
20
40
80
320
1280
2560
5000
Зависимость мощности выделяемой на внутреннем сопротивлении источника
от сопротивления нагрузки.
5
4,5
4
3,5
3
2,5
Ряд1
2
1,5
1
0,5
0
0
10
20
40
80
320
6
1280
2560
5000
Зависимость мощности выделяемой на нагрузке от сопротивления нагрузки.
20
18
16
14
12
10
Ряд1
8
6
4
2
0
0
10
20
40
80
320
1280
2560
5000
Зависимость КПД цепи от сопротивления нагрузки.
100
90
80
70
60
50
Ряд1
40
30
20
10
0
0
10
20
40
80
320
7
1280
2560
5000
1.2 Расчеты на ЭВМ
Зависимость тока от сопротивления нагрузки
Зависимость напряжения от сопротивления нагрузки
8
Зависимость мощности источника от сопротивления нагрузки
Зависимость мощности выделяемой на внутреннем сопротивлении источника
от сопротивления нагрузки
9
Зависимость мощности выделяемой на нагрузке от сопротивления нагрузки
Зависимость КПД цепи от сопротивления нагрузки
10
2 Зависимый источник. ИНУТ
Схема 2.
=3 Ом – управляющее сопротивление
i(t)=2sin(2ft) - управляющий ток, f=2 кГц
RH 100 Ом и 200 Ом – сопротивление
нагрузки
Таблица 2
По предварительному расчету
,
RH,
Ом
Im,
ЭВМ
Um,
Um,
Ом
А
В
В
100
3
2
6
6
200
3
2
6
6
11
Зависимость напряжения на нагрузке и управляющего тока от времени
12
Вопросы для самопроверки:
1. Какой источник называется источником ЭДС. Приведите примеры
независимых и зависимых источников.
Источники ЭДС - это такие элементы электрической цепи, у которых разность
потенциалов на выходе не зависит от величины и направления протекания тока, т.е.
их вольтамперные характеристики (ВАХ) представляют собой прямые линии
параллельные оси I.
Источник ЭДС обозначается кружком со стрелкой, указывающей направление
ЭДС.
Независимый источник ЭДС – двухполюсный элемент с заданной величиной
ЭДС, не зависящей от параметров цепи, подключенной к нему и с неопределенным
зависящим от нагрузки током.
В ТЭЦ реальные источники заменяют некоторой идеализированной моделью,
состоящей из комбинации идеального источника ЭДС Е и его внутреннего
сопротивления r.
Зависимые источники содержат идеальный источник ЭДС, ЭДС которых
зависит от напряжения в каком-либо другом месте электрической цепи. Существует
два типа зависимых источников ЭДС: источник напряжения, управляемый
напряжением и источник напряжения, управляемый током.
2. Режимы работы источника ЭДС.
Режим, при котором ток равен нулю I=0, называется режимом холостого хода,
в этом случае UH=UX=E. Физически это равносильно отключению нагрузки (RH=).
Режим, при котором напряжение равно нулю UH=0, называется режимом
короткого замыкания (RH=0). В этом случаи ток достигает своего максимального
значения I=IK=E/r.
Если положить внутреннее сопротивление источника равным нулю r = 0, то
нагрузочная характеристика не будет зависеть от тока UH=E. В этом случае
источник называется идеальным.
13
3. Чему равно падение напряжения на нагрузке UH при RH = r?
Падение напряжения на нагрузке при RH=r равно половине ЭДС.
4. Чему равна мощность выделяемая на внутреннем сопротивлении источника
Pr при RH=r?
Мощность выделяемая на внутреннем сопротивлении источника при R H=r равна
Половине мощности источника.
5. Чему равен КПД при RH=r?
КПД равен 50%.
14