Файл: Методические указания к лабораторным занятиям по дисциплине Теоретические основы электротехники I,II.doc

3. Зарисовать осциллограммы тока и напряжения на конденсаторе. Измерить, с помощью осциллографа, ток и напряжение конденсатора, рассчитать по осциллограмме постоянные времени разряда и заряда конденсатора.

4. Подключить катушку индуктивности переключателя S_A. На экране осциллографа получить изображения зависимости тока и напряжения катушки от времени.

5. Зарисовать осциллограммы тока и напряжения катушки. Измерить с помощью осциллографа ток и напряжение катушки, определить масштаб времени, рассчитать по осциллограмме постоянные времени при подключении и отключении катушки.

6. Подключить катушку и конденсатор (среднее положение переключателя). На экране осциллографа получить изображение тока и напряжения на конденсаторе и на катушке.

7. Зарисовать осциллограммы тока и напряжений. Определить характер процессов. Определить параметры колебательного процесса.

Б. Дома

1. Рассчитать постоянные времени разряда и заряда конденсатора по осциллограмме, полученной в п.3.

2. Рассчитать постоянные времени разряда и заряда конденсатора, начальные значения тока и напряжение конденсатора по известному напряжению источника U и параметрам цепи R1,R2,R0 и С. Сравнить результаты расчёта с данными по п. 8.

3. Рассчитать постоянные времени подключения и отключения катушки, начальные значения тока и напряжения катушки по известному напряжению источника и параметрам цепи. Нарисовать график переходного процесса и сравнить его с графиком, полученном в п. 5.

4. Рассчитать корни характеристического уравнения для переходных процессов по данным параметрам цепи в п. 6. Построить график тока и сравнить результаты расчёта с экспериментальными данными по п. 6.

контрольные вопросы

1. Как по виду осциллограмм тока и напряжения определить характер переходных процессов?

2. Как по осциллограмме напряжения или тока определить постоянную времени переходного процесса, изменяющегося по экспоненциальному закону?

3. Как по осциллограмме тока и напряжения определить параметры колебательного процесса (и ω)?

4. Как в графиках зависимости токов и напряжений на элементах цепи проявляются законы коммутации?

5. Как по виду осциллограмм тока и напряжения определить

---

, какой из процессов соответствует подключению цепи к источнику, а какой замыканию накоротко?

Ответить на данный вопрос в случае, когда в цепь включен конденсатор?

6. Как по виду осциллограмм тока и напряжения определить, какой из процессов соответствует подключению цепи к источнику, а какой замыканию накоротко?

Ответить на данный вопрос в случае, когда в цепь включена катушка

7. Как по виду осциллограмм тока и напряжения определить, какой из процессов соответствует подключению цепи к источнику, а какой замыканию накоротко?

Ответить на данный вопрос в случае, когда в цепь включены конденсатор и катушка индуктивности.

8. Нарисовать график тока в цепи RLC при подключении под постоянное напряжение, если корни характеристического уравнения вещественные.

9. Нарисовать график напряжения на индуктивном элементе U_L в цепи RLC при подключении под постоянное напряжение, если корни характеристического уравнения вещественные.

10. Нарисовать график тока в цепи RLC при подключении под постоянное напряжение, если корни характеристического уравнения комплексные.

11. Нарисовать график напряжения на индуктивном элементе U_L в цепи RLC при подключении под постоянное напряжение, если корни характеристического уравнения комплексные.

12. Нарисовать график напряжения на конденсаторе U_С в цепи RLC при подключении под постоянное напряжение, если корни характеристического уравнения комплексные.

---

список рекомендУЕМой литературы

1. Бессонов, Л.А. Теоретические основы электротехники / Л.А. Бессонов – М.: Высш. шк., 2000. – С. 226 – 245.

2. Попов, В.П. Основы теории цепей / В.П. Попов – М.: Высш. шк., 1995. – С. 245 – 265.

3. Потапов, Л.А. Краткий курс теоретических основ электротехники / Л.А. Потапов ­– Брянск: БГТУ, 2001. – С. 102 – 110.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ

С НЕЛИНЕЙНЫМИ СОПРОТИВЛЕНИЯМИ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Получение навыков экспериментального исследования электрических цепей с нелинейными элементами.

ЗАДАЧИ РАБОТЫ

1. Освоить методы экспериментального определения вольтамперных характеристик нелинейных элементов.

2. Закрепить методы расчета цепей с нелинейными элементами.
КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕМЕНТАХ ИССЛЕДОВАНИЯ
Нелинейные элементы имеют нелинейные зависимости напряжения от тока U( I). Эти зависимости обычно определяют экспериментально и представляют графически, как вольт-амперные характеристики (ВАХ) соответствующего нелинейного элемента. Для оценки величины сопротивления при заданном напряжении используют статическое (R_ст = U / I) и дифференциальное сопротивления

(R_диф = dU / dI). Каждый нелинейный элемент имеет ограниченную зону напряжений и токов, в которой он может работать без разрушений. При этом значительная часть нелинейных элементов имеет несимметричную ВАХ и, соответственно, неодинаковые предельно допустимые токи и напряжения для прямого и обратного включения. В табл. 8. 1 приведены предельно допустимые значения токов и напряжений для имеющихся на стенде нелинейных элементов.

Следует обратить внимание на то, что обратный ток диодов измеряется обычно в микроамперах, а прямой в миллиамперах. Если строить ВАХ диода (Д226Е, КЦ 401Г) в одном масштабе, то одна ее ветвь для прямого включения практически совпадает с положительной осью ординат, а ветвь ВАХ при обратном включении совпадает с отрицательной осью абсцисс. Поэтому ВАХ диода для прямого включения строят в одном масштабе (в 1 квадранте), а для обратного включения (в 3 квадранте) – в другом масштабе.

---

ВАХ стабилитронов (Д814А, Д814Д) аналогична ВАХ диода для прямого включения. Для обратного включения ВАХ стабилитрона имеет участок, на котором ток изменяется, а напряжение практически не меняется. Бареттер имеет симметричную ВАХ, на которой имеется участок с мало меняющимся током (для 0,3Б17-35 ток 0,3 А) при значительном изменении напряжений (от 17 до 35 В).
ОПИСАНИЕ СТЕНДА
На стенде смонтированы два источника постоянного напряжения, амперметры, вольтметры и нелинейные элементы: бареттер, лампа накаливания, диоды, полупроводниковый стабилитрон и динистор (параметры нелинейных элементов сведены в табл. 1). Один из источников питания переключателем П включается на 3, 30, 300 В. Одновременно изменяется предел изменения вольтметра, подключенного к нему.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ




А. В лаборатории

1. Нарисовать в тетради схему для снятия ВАХ лампы накаливания, выбрать приборы исходя из предельно допустимых значений токов и напряжений. Собрать цепь по схеме и представить ее преподавателю.

2. Снять ВАХ лампы накаливания, диода, бареттера, стабилитрона у имеющихся на стенде нелинейных сопротивлений. Снятие ВАХ диодов начинать с обратного включения. При снятии ВАХ бареттера использовать источник на 50 В, расположенный на стенде справа. При выборе приборов для измерения токов и напряжений руководствоваться данными табл.1.

Внимание: при отключении источника на 3, 30, 300 В необходимо вначале реостатом уменьшить напряжение до нуля, а затем переключателем П отключить источник.

3. Собрать цепь по схеме рис 1. Амперметры выбрать в соответствии с полученными в п. 2 величинами токов. С помощью переключателя, расположенного на стенде слева под вольтметром, подключить источник с напряжением 30 В и затем с помощью реостата в ранее собранной цепи установить напряжение 20 В. Записать измеренные величины токов.

4 . Собрать цепь по схеме на рис. 2. Установить ток, равный половине максимально допустимого значение для стабилитрона.

5. Отключить стабилитрон и, представив оставшуюся часть схемы как активный двухполюсник, экспериментально определить методом холостого хода (ХХ) и короткого замыкания (КЗ) его параметры. Записать величины напряжения холостого хода и ток короткого замыкания.

---

.6 . Собрать цепь по рис. 3. С помощью реостатов установить напряжения U₁ = 25 В и U₂ = 20 В, R = 50 Ом. Измерить токи.
Б. Дома

7. По полученным в п. 2 ВАХ нелинейных сопротивлений рассчитать графически токи во всех ветвях цепи рис. 1 при U= 20 В.

8. Графически определить ток в нелинейном элементе, используя данные пп. 2 и 5. Сравнить полученный результат с экспериментальным, полученным в п. 4.

9. Рассчитать графически токи во всех ветвях схемы рис. 3 .
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Как рассчитать ток в лампе (п. 3 порядка работы), если известны ее ВАХ и напряжение U = 20 В.

2. Как рассчитать ток в стабилитроне (п. 8 порядка работы), если известны ЭДС и сопротивление эквивалентного генератора и ВАХ стабилитрона.

3. Как определять токи (рис. 3) (п. 9 порядка работы).

4. Как экспериментально определить ЭДС и сопротивление эквивалентного генератора (методом ХХ и КЗ).

5. Как строится вольт-амперная характеристика двух нелинейных элементов, включенных последовательно, параллельно, при смешанном соединении нескольких нелинейных элементов.

6. Как определить дифференциальное сопротивление по известной ВАХ.

7. Как рассчитывается цепь, если в ней имеется лишь один нелинейный элемент, а остальные линейные.

8. Какие вольт-амперные характеристики называются симметричными, какие несимметричными.

9. Определить коэффициент стабилизации напряжения в цепи на рис. 2.

10. Определить величины сопротивления и ЭДС, с помощью которых можно заменить ВАХ стабилитрона, полученная в п.2.

11. Нарисовать ВАХ, имеющую участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением и определть величину этого сопротивления.

12. Нарисовать ВАХ, имеющую участок с одинаковыми величинами статического и дифференциального сопротивлениями.
Предельно допустимые токи и напряжения

Таблица 1

Прибор	При прямом включении		При обратном включении		Напряжение или ток стабилизатора
	Uпр., В	Iпр., мА	Uобр., В	Iобр., мА
Д814А	1	100	7–8,5	40	7–8,5 В
Д814Д	1	100	11,5–14	24	11,5–14 В
ЛН13,5	13,5	180	13,5	180
ЛН6,3	6,3	300	6,3	300
Д226Е	1,5	300	500	0,1
КЦ401Г	2,5	300	400	0,1
0,3Б17-35	35	300	35	300	0,3 А
0,425Б 5,5-12	12	425	12	425	0,425 А

---