ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.04.2021
Просмотров: 635
Скачиваний: 2
51
Пусть
напряжение
с
потенциометра
R
подается
на
средние
клеммы
коммутатора
:
к
клемме
1 –
положительный
,
к
клемме
2 –
отрицательный
потенциал
.
Снимается
напряжение
с
крайних
клемм
,
например
с
и
d
.
Для
подачи
положительного
потенциала
на
верхний
электрод
диода
необходимо
с
помощью
рукоятки
коммутатора
перемкнуть
клеммы
1
и
2
с
клеммами
с
и
d.
Если
же
на
этот
электрод
требуется
подать
отрицательный
потенци
-
ал
,
то
следует
перемкнуть
с
помощью
той
же
рукоятки
клеммы
1
и
2
с
клеммами
а
и
b.
Так
как
на
панели
коммутатора
клемма
b
соединена
с
клеммой
с
,
а
клемма
а
–
с
клеммой
d,
то
при
таком
положении
рукоятки
коммутатора
(1, 2 –
а
, b)
на
верхний
электрод
диода
будет
подаваться
от
-
рицательный
потенциал
.
3.
Снять
вольтамперные
характеристики
для
одного
,
двух
и
трех
диодов
.
Для
этого
,
изменяя
величину
и
направление
приложенного
напря
-
жения
,
определяют
каждый
раз
ток
,
проходящий
через
диоды
(
при
обрат
-
ном
токе
без
шунта
,
при
прямом
токе
–
с
подключенным
к
миллиампер
-
метру
шунтом
).
4.
Построить
графики
зависимости
I = f(U)
и
определить
коэффици
-
ент
выпрямления
.
Контрольные
вопросы
1.
Чем
отличаются
полупроводники
от
металлов
и
диэлектриков
по
своим
электрическим
свойствам
?
2.
Объясните
механизм
электрической
проводимости
полупровод
-
ников
.
3.
Объясните
работу
p-n
перехода
.
4.
Что
называется
коэффициентом
выпрямления
полупроводниково
-
го
диода
?
5.
Нарисуйте
и
объясните
вольтамперную
характеристику
диода
.
РАБОТА
№
9
ПРОВЕРКА
ОБОБЩЕННОГО
ЗАКОНА
ОМА
ДЛЯ
ЦЕПИ
ПЕРЕМЕННОГО
ТОКА
Приборы
и
принадлежности
:
катушка
индуктивности
,
магазин
емко
-
стей
,
амперметр
,
вольтметры
для
переменного
и
постоянного
токов
,
рео
-
стат
,
ключ
.
Краткая
теория
Переменный
–
это
ток
,
величина
и
направление
которого
периодиче
-
ски
изменяются
во
времени
.
Закон
изменения
тока
может
быть
весьма
раз
-
нообразным
.
Мы
будем
рассматривать
переменный
ток
,
изменяющийся
по
синусоидальному
закону
(
)
0
sin
ω
t +
φ
,
i i
=
(1)
52
где
i
–
мгновенное
значение
тока
,
i
0
–
амплитудное
значение
тока
,
w
–
кру
-
говая
частота
,
(
)
ω
t
φ
+
–
фаза
колебаний
,
j
0
–
начальная
фаза
.
Приборы
переменного
тока
измеряют
обычно
не
мгновенное
значе
-
ние
тока
i
,
а
эффективное
значение
i
эфф
,
которое
для
синусоидального
тока
меньше
амплитудного
в
2
раз
,
т
.
е
.
2
0
i
i
эфф
=
,
аналогично
для
напряжения
0 .
2
U
U
эфф
=
(2)
Под
эффективным
значением
переменного
тока
понимается
значение
такого
постоянного
тока
,
который
в
активном
сопротивлении
выделяет
ту
же
мощность
,
что
и
данный
переменный
ток
.
Сопротивление
цепи
постоянному
току
называют
активным
сопро
-
тивлением
,
которое
полностью
определяет
свойства
электрической
цепи
,
Сложнее
обстоит
дело
в
случае
переменного
тока
,
где
большую
роль
иг
-
рают
индуктивность
L
и
емкость
C
отдельных
элементов
цепи
.
Рассмотрим
цепи
переменного
тока
с
R, L
и
C
.
1.
Активное
сопротивление
R
в
цепи
переменного
тока
Пусть
в
цепи
сопротивление
R
(
рис
. 1),
течет
переменный
ток
0
sin
ω
t.
i i
=
(3)
Полагаем
,
что
начальная
фаза
j
0
= 0.
Тогда
на
основании
закона
Ома
для
участка
цепи
напряжение
u
R
на
сопротивлении
R
,
будет
равно
t
R
i
iR
U
R
ω
sin
0
=
»
или
t
U
U
R
R
ω
sin
0
=
, (4)
где
U
0R
=
i
0
R
–
амплитудное
значение
переменного
тока
.
Откуда
R
U
i
R
0
0
=
.
Это
есть
закон
Ома
для
ам
-
плитудных
значений
переменного
тока
и
напряжения
цепи
с
активным
со
-
противлением
.
Сравнивая
(3)
и
(4),
видим
,
что
ток
i
и
напряжение
U
R
на
активном
сопротивлении
,
которое
будем
называть
омиче
-
ским
падением
напря
-
жения
,
совпадают
по
фазе
,
т
.
е
.
разность
фаз
между
колебаниями
то
-
ка
и
напряжения
равна
нулю
.
Изменения
тока
i
и
напряжения
U
R
во
времени
изображены
графически
на
рис
. 2.
~
R
Рис
. 1
i,
i
U
0
U
R
i
0
Рис
. 2
U
0
i
0
Ось
токов
Рис
. 3
53
Гармонически
изменяющиеся
величины
можно
изображать
также
при
помощи
векторных
диаграмм
.
Для
этого
выберем
ось
диаграммы
та
-
ким
образом
,
чтобы
вектор
,
изображающий
колебания
тока
,
был
направлен
вдоль
этой
оси
,
и
назовем
эту
ось
«
осью
токов
».
Так
как
напряжение
сов
-
падает
по
фазе
с
током
,
то
вектор
,
изображающий
напряжение
в
цепи
,
бу
-
дет
направлен
вдоль
линии
токов
(
рис
. 3).
Длина
этого
вектора
будет
равна
их
амплитудным
значениям
.
2.
Индуктивность
L
в
цепи
переменного
тока
Включим
в
цепь
переменного
тока
катушку
,
обладающую
индуктив
-
ностью
L
(
рис
. 4).
Емкостью
и
омическим
со
-
противлением
пренебрегаем
.
Пусть
через
ка
-
тушку
L
идет
переменный
синусоидальны
ток
:
0
sin
ω
i i
t
=
(5)
При
этом
на
ее
концах
возникает
элек
-
тродвижущая
сила
самоиндукции
e
С
,
которая
по
закону
Фарадея
–
Максвелла
пропорцио
-
нальна
скорости
изменения
тока
в
цепи
и
равна
e
с
dt
di
L
-
=
. (6)
Коэффициент
пропорциональности
L
называется
индуктивностью
и
зависит
от
формы
и
размера
проводника
,
а
также
от
магнитной
проницае
-
мости
окружающей
среды
.
Если
1A/c,
=
dt
di
e
С
= 1
В
,
то
L
измеряется
в
1
Гн
(
генри
).
Один
генри
–
это
индуктивность
такого
проводника
,
в
котором
из
-
менение
тока
со
скоростью
1
А
/
с
наводит
э
.
д
.
с
.
самоиндукции
в
1
В
.
Индуктивность
характеризует
электрическую
инертность
цепи
,
вы
-
ражающуюся
в
том
,
что
любое
изменение
тока
тормозится
,
при
том
тем
сильнее
,
чем
больше
индуктивности
цепи
L
.
В
рассматриваемой
цепи
приложенное
напряжение
уравновешивает
-
ся
э
.
д
.
с
.
самоиндукции
(
равно
ей
по
величине
и
противоположно
по
на
-
правлению
),
поэтому
U
L
=
e
С
.
Учитывая
(5)
и
(6),
получим
:
(
)
0
0
0
sin
ω
ω
co s
ω
ω
sin
ω
,
2
L
d i
t
d i
U
L
L
i
L
t
i
L
t
d t
d t
p
æ
ö
ç
÷
=
=
=
=
+
ç
÷
ç
÷
è
ø
,
или
÷÷
÷
ø
ö
çç
ç
è
æ
+
=
2
ω
sin
0
p
t
L
U
L
U
, (7)
где
0
0
L
U
i
L
v
=
.
Откуда
L
u
i
L
ω
0
0
=
.
Это
есть
закон
Ома
для
амплитудного
значения
переменного
тока
и
напряжения
в
цепи
с
индуктивностью
.
U
L
L
Рис
. 4
~
54
Величина
R
L
=
w
L
имеет
размерность
сопротивления
и
называется
ин
-
дуктивным
сопротивлением
.
Индуктивное
сопротивление
обусловлено
про
-
тиводействием
э
.
д
.
с
.
самоиндукции
,
уменьшающей
действующий
ток
,
что
эквивалентно
появлению
сопротивления
.
Из
сравнения
(5)
и
(7)
видно
,
что
изменение
тока
i
и
напряжения
U
,
которое
будем
называть
изменением
на
-
пряжения
на
индуктив
-
ности
,
совершаются
в
разных
фазах
,
причем
фаза
тока
на
2
p
отстает
от
фазы
напряжения
.
А
это
значит
,
что
мак
-
симум
напряжения
на
-
ступает
на
Т
/4 (
по
вре
-
мени
)
и
π
/2 (
по
фазе
)
раньше
,
чем
максимум
тока
(
рис
. 5),
где
Т
–
период
синусоидальных
колебаний
тока
и
напряжения
.
C
двиг
фаз
обусловлен
тормозящим
действием
электродвижущей
си
-
лы
самоиндукции
.
Она
препятствует
как
возрастанию
,
так
и
убыванию
то
-
ка
в
цепи
.
Поэтому
максимум
тока
наступает
позднее
максимума
напряже
-
ния
.
Вторая
диаграмма
этой
цепи
представлена
на
рис
. 6.
3.
Емкость
С
в
цепи
переменного
тока
В
цепи
постоянного
тока
конденсатор
представ
-
ляет
бесконечно
большое
сопротивление
.
Для
цепи
пе
-
ременного
тока
емкость
представляет
собой
конечное
сопротивление
,
т
.
к
.,
попеременно
заряжаясь
и
разря
-
жаясь
,
конденсатор
обеспечивает
движение
электриче
-
ских
зарядов
.
Рассмотрим
цепь
,
содержащую
конденсатор
ем
-
костью
С
(
омическим
сопротивлением
и
индуктивностью
пренебрегаем
),
который
периодически
заряжается
и
разряжается
(
рис
. 7).
Пусть
к
конденсатору
приложено
переменное
синусоидальное
напряжение
0
sin
ω
c
C
U
U
t
=
. (8)
В
любой
момент
времени
заряд
q
конденсатора
равен
произведению
емко
-
сти
С
конденсатора
на
напряжение
U
C
:
0
sin
ω
С
C
q
С
U
С
U
t
=
=
. (9)
Емкость
конденсатора
измеряется
в
фарадах
(
Ф
).
Если
q – 1
Кл
,
а
U
= 1
В
,
то
С
= 1
Ф
.
Таким
образом
,
один
фарад
равен
электрической
емкости
кон
-
денсатора
,
при
которой
заряд
1
Кл
создает
на
конденсаторе
разность
по
-
тенциалов
1
В
.
Если
за
малый
промежуток
времени
dt
заряд
конденсатора
изменяет
-
ся
на
dq,
то
это
значит
,
что
в
подводящих
проводах
идет
ток
силой
U
с
Рис
. 7
~
i, U
L
i
U
0L
U
L
i
0
Рис
. 5
t
Ось
U
0
L
i
0
Рис
. 6
2
p
55
0
0
ω
cos
ω
sin (
2).
C
C
C
dq
dU
i
C
U
C
t U
C
t
dt
dt
w
w
p
=
=
=
=
+
Так
как
амплитуда
этого
тока
C
U
i
C
ω
0
0
=
, (10)
то
окончательно
получим
0
sin (
ω
π
2).
i i
t
=
+
(11)
Запишем
формулу
(10)
в
виде
)
C
(
U
i
C
ω
1
0
0
=
(12)
Это
есть
закон
Ома
для
амплитудных
значений
переменного
тока
и
напряже
-
ния
в
цепи
с
емкостью
.
Величина
R
C
= 1/(
w
C)
имеет
размерность
сопротивле
-
ния
и
называется
емкостным
сопро
-
тивлением
.
Таким
образом
,
чем
боль
-
ше
круговая
часто
-
та
w
и
чем
больше
емкость
С
конден
-
сатора
,
тем
боль
-
ший
заряд
прохо
-
дит
за
единицу
времени
через
поперечное
сечение
подводящих
проводов
.
Сле
-
довательно
,
i ~
w
C
.
Но
сила
тока
и
сопротивление
обратно
пропорциональны
друг
другу
.
Следовательно
,
R
C
~1/(
w
C).
Из
сравнения
формул
(8)
и
(11)
видим
,
что
изменения
тока
i
и
напря
-
жения
U
C
,
которое
мы
будем
называть
падением
напряжения
на
емкости
,
совершаются
в
разных
фазах
,
причем
фаза
напряжения
на
p
/2
отстает
от
фазы
тока
.
А
это
значит
,
что
максимум
тока
наступает
на
Т
/4 (
по
времени
)
и
на
p
/2 (
по
фазе
)
раньше
,
чем
максимум
напряжения
(
рис
. 8).
Действи
-
тельно
,
напряжение
на
обкладках
конденсатора
появится
,
если
в
более
ранней
стадии
колебаний
протекал
зарядный
ток
.
Векторная
диаграмма
цепи
переменного
тока
с
емкостью
изображена
на
рис
. 9.
4.
Цепь
переменного
тока
с
активным
сопротивлением
R,
индуктивностью
L
и
емкостью
С
,
включенными
последовательно
Схема
цепи
изображена
на
рис
. 10.
По
всей
цепи
будет
идти
общий
ток
i = i
0
sin
w
t
.
Обозначим
сопро
-
тивления
элементов
в
цепи
R, R
L
и
R
C
,
а
падения
напряжения
на
них
соот
-
ветственно
U
R
, U
L
и
U
C
.
Построим
векторную
диаграмму
амплитудных
значений
напряжений
,
полагая
,
что
U
0L
> U
0C
(
рис
. 11).
Из
векторной
диа
-
граммы
определим
амплитудное
значение
напряжения
U
0
между
точками
А
и
В
:
L
C
R
U
U
U
U
0
0
0
0
r
r
r
r
+
+
=
или
Рис
. 8
i, U
C
i
U
0
С
U
i
0
t
Рис
. 9
Ось
токов
U
0
i
0
2
p
-
Рис
. 8
Рис
. 9