Министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций

Российской Федерации Ордена Трудового Красного Знамени

федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования

Московский технический университет связи и информатики

Кафедра «Теории электрических цепей»

Лабораторная работа №2

«Исследование на ЭВМ характеристик источника постоянного напряжения»

Москва 2021

Содержание

1. Цель работы 3

2. Схема с независимым источником постоянного тока 3

3. Цепь с линейным источником переменного тока ИНУТ 8

Вывод 11

Ответы на вопросы 11

1. Цель работы

С помощью программы Micro-Cap получить внешние характеристики источников напряжения. Познакомиться с зависимыми источниками.

2. Схема с независимым источником постоянного тока

Рисунок 1-Схема с независимым источником постоянного тока

Предварительный расчет:

Принять:

E = 2,4 В – ЭДС источника;

r = 295 Ом - внутреннее сопротивление источника;

= 0, 10, 20, 40, 80, 160, 320, 640, 1280, 2560, 5120, 7000 Ом – сопротивление нагрузки.

I= E/(𝑟+ ) – ток в нагрузке от сопротивления нагрузки ;

= I* = f( ) - падения напряжения на нагрузке от сопротивления нагрузки ;

= E*I = f( ) - мощность источника от сопротивления нагрузки ;

= 𝐼^2r = f( )- мощность, выделяемая на внутреннем сопротивлении источника от сопротивления нагрузки;

= 𝐼^2 = f( ) - мощность, выделяемая на нагрузке от сопротивления нагрузки ;

η= 100 % ( / ), = f( ) - коэффициент полезного действия (КПД) цепи от сопротивления нагрузки ;

Данные, полученные по предварительному расчету записаны в таблицу 1.

Таблица 1 – Предварительный расчёт

,Ом	I,мА	,В	,Вт	,Вт	,Вт	μ,%
0	8,13367	0	0,01946	0,19457	0	0
10	7,9084	0,0794785	0,01982	0,018485	0,000623	3,163
20	7,6396	0,1525674	0,01827	0,01738	0,00125	6,65
40	7,13956	0,284346	0,01783	0,014938	0,00257	11,764
80	6,49048	0,512749	0,01533	0,01256	0,003375	21,587
160	5,39367	0,8485425	0,01276	0,008353	0,004513	35,439
320	3,90385	1,248525	0,00949	0,004556	0,00497	52,138
640	2,60385	1,664257	0,00624	0,00235	0,004342	69,353
1280	1,54758	1,926835	0,0033	0,000713	0,002913	80,596
2560	0,88405	1,048856	0,001994	0,000252	0,001612	84,214
5120	0,493857	2,048936	0,00183	0,000047	0,000819	86,76
700	0,33957	2,102675	0,000757	0,000022	0,000684	95,95

На рисунке 2 представлен график зависимости тока от сопротивления нагрузки .

Рисунок 1 – График зависимости тока от сопротивления нагрузки

Как отмечено на графике: ток при (295 Ом) = 4,068 мА, а ток источника или ток короткого замыкания будет равен 7,673 мА.

На рисунке 3 представлен график зависимости напряжения от сопротивления нагрузки .

Рисунок 2 - График зависимости напряжения от сопротивления нагрузки .

Напряжение стремится к 2,4 В. Напряжение при = r (295 Ом) =1,25 В.

На рисунке 4 представлен график зависимости мощности источника от сопротивления нагрузки .

Рисунок 3 - график зависимости мощности источника от сопротивления нагрузки .

Как показано на графике: мощность источника при (295 Ом) = 9,763 мВт.

На рисунке 5 представлен график зависимости мощности, выделяемой на внутреннем сопротивлении источника от сопротивления нагрузки .

Рисунок 4 - График зависимости мощности, выделяемой на внутреннем сопротивлении источника от сопротивления нагрузки .

Как видно из графика: максимальная мощность Pm = 19,769 мВт, а Мощность, выделяемая на внутреннем сопротивлении источника, при = r (295 Ом) = 4,881 мВт.

На рисунке 6 представлен график зависимости мощности, выделяемой на нагрузке, от сопротивления нагрузки .

Рисунок 5 – График зависимости мощности, выделяемой на нагрузке, от сопротивления нагрузки

Максимальная мощность, выделяемая на нагрузке при = r (295 Ом) =4,881 мВт

На рисунке 7 представлен график зависимости КПД от сопротивления нагрузки .

Рисунок 6 – График зависимости КПД от сопротивления нагрузки .

КПД асимптотически стремится к 95,956%. КПД при = r (295 Ом) =50%.

В таблице 2 представлены значения, полученные экспериментально.

Таблица 2 – Результаты

,Ом	I,мА	,В	,Вт	,Вт	,Вт	μ,%
0	8,1	0	0,0194	0,194	0	0
10	7,9	0,079	0,019	0,0184	0,0006	3,16
20	7,6	0,152	0,0182	0,017	0,0012	6,6
40	7,1	0,284	0,017	0,0149	0,002	11,76
80	6,4	0,512	0,0153	0,012	0,0033	21,58
160	5,3	0,848	0,0127	0,0083	0,0045	35,43
320	3,9	1,248	0,0094	0,0045	0,0049	52,13
640	2,6	1,664	0,0062	0,002	0,0043	69,35
1280	1,5	1,92	0,0036	0,0007	0,0029	80,5
2560	0,8	1,048	0,0019	0,0002	0,0016	84,21
5120	0,4	2,048	0,001	0,00004	0,0008	89,76
7000	0,3	2,1	0,0007	0,00002	0,0006	95,95

3. Цепь с линейным источником переменного тока ИНУТ

На рисунке 8 представлена схема цепи с линейным источником напряжения, управляемым переменным током (ИНУТ).

Рассчитаем амплитуду напряжения на нагрузке, если:

ИНУТ: γ = 3 Ом – управляющее сопротивление;

i(t) = 2sin(2πft) – управляющий ток, f = 2 кГц – частота;

=70 Ом, =200 Ом – значения сопротивления нагрузки

, = * γ – амплитуда напряжения.

Результаты предварительного расчета по цепи ИНУТ и результаты, полученные экспериментально, представлены в таблице 3.

Таблица 3 – Предварительный расчёт по цепи ИНУТ и результаты, полученные экспериментально

По предварительному расчеты ЭВМ

𝑅𝐻,Ом	γ,Ом	𝐼𝑚,А	𝑈𝑚,В	𝑈𝑚,В
70	3	1,6	4,8	4,8
200	3	1,6	4,8	4,8

На рисунке 9 представлен график зависимости напряжения на нагрузке от времени и управляющего тока при 𝑅𝐻=70 Ом.

Рисунок 9 - график зависимости напряжения на нагрузке от времени и управляющего тока при RH=70 Ом.

Амплитуда напряжения ИНУТ = 4,8 В, амплитуда управляющего тока = 1,6 А.

На рисунке 10 представлен график зависимости напряжения на нагрузке от времени и управляющего тока при =200 Ом.

Рисунок 10 - график зависимости напряжения на нагрузке от времени и управляющего тока при =200 Ом.

Вывод

С помощью программы Micro-Cap получил внешние характеристики источников напряжения. Познакомился с зависимыми источниками.

Ответы на вопросы

1) Какой источник называется источником ЭДС? Приведите примеры независимых и зависимых источников.

Ответ: Источник ЭДС (или идеальный источник напряжения) – это активный элемент с двумя зажимами, напряжение на которых не зависит от тока, проходящего через источник. Независимые источники-батарея(химические источники тока), сеть в розетке 220В и тд; зависимый источник – ИТУН и ИНУТ.

2) Режимы работы источника ЭДС.

Ответ:

a) Режим холостого хода – это режим, при котором сопротивление приемника стремится к бесконечности.

b) Номинальный режим – это режим, на который рассчитывается источник (т.е. напряжение, ток и мощность его соответствуют тем значениям, на которые он рассчитан заводами-изготовителями)

c) Согласованный режим - это режим, при котором в нагрузку отдается максимальная мощность.

d) Режим короткого замыкания – режим, при котором сопротивление приемика становится равным нулю.

3) Чему равно падение напряжения на нагрузке при = r?

Ответ: 1,2 В(половине входного напряжения)

4) Чему равна мощность, выделяемая на внутреннем сопротивлении источника при = r?

Ответ: 0,0045 Вт(половине мощности источника)

5) Чему равен КПД при = r?

Ответ: 50%