4. Порядок выполнения работы

Будем считать, что ЭДС Еи внутренне сопротивление источникаr(рис. 1а) являются постоянными величинами. В этом случае внешняя характеристика источника (рис.2) будет выражаться уравнением прямой линии.

U_H(I)=E-rI

Режим, при котором ток равен нулю I=0, называется режимом холостого хода, в этом случаеU_H=U_X=E. Физически это равносильно отключению нагрузки(R_H = )

Режим, при котором напряжение равно нулю U_H=0, называется режимом короткого замыкания(R_H = 0). В этом случае ток достигает своего максимально значенияI=I_k=E/r.

Е

U_H, B

сли положить внутреннее сопротивление источника равным нулюr=0, то нагрузочная характеристика не будет зависеть от токаU_H=E(рис. 3). В этом случае источник называется идеальным.

Из этого можно сделать следующий вывод. В реальном источнике, для которого выполняется неравенство r<<R_H,приближенно из схемы можно исключитьr, тогда источник по своим свойствам будет приближаться к идеальному источникуЭДС.

Исследуя с помощью ЭВМ характеристики источника постоянного напряжения.

6. Моделирование

1. Включить эвм и запустить программу Micro-Cap.

2. Соберите схему.

2.1 Введите источник постоянной ЭДС(BATTERY)E=2,4 B(V=2.4).

Откройте меню Component\Analog Primitives\Waveform Sourses и выберите Battery. Курсор примет форму графического изображения батареи напряжения. Поместите его в рабочую область. Зафиксируйте положение, щелкнув левой кнопкой мыши. Появится окноBattery. Введите2.4в окнеValue, в графеShowустановитефлажок. Убедитесь что источник работает правильно. Щелкните мышкой на кнопкеPlot. Появится окноPlotс зависимостью напряжения источника от времени. Закройте окно Plot и щелкните OK.

2. Введите землю (Component\Analog Primitives\Conectors\GROUND) снизу от источника V1.

3. Введите внутреннее сопротивление источника R1=r=320 Ом Component\Analog Primitives\Passive Components\Resistor. Расположите резистор возле источника. В появившемся окне Resistor в окне Value введите значение сопротивления320Ом, нажмитеOK. Для поворота резистора используйте кнопкуRotateна основной панели инструментов или комбинацией клавишCtrl+R.

4. Введите сопротивление нагрузки резистор R2=R_H аналогично пункту2.3, в полеValueвведите переменную времениtи нажмите кнопкуOK.

5. Введите проводники для соединения элементов нажав кнопку ввода ортогональных проводников Wire Modeи, удерживая левую кнопку мыши, «прочертите» соединяя необходимые полюсы элементов.

3. Исследование характеристик источника

3.1 Построение зависимости тока от сопротивления нагрузки. Выведите на экран зависимость тока от сопротивления нагрузкиI(R2).Для этого в менюAnalysisвыберите командуTransient…На экране появится окноTransient Analysis Limits, в котором задайте параметры построения требуемого графика так показано

на рис. 4

Time Range–5k– интервал (0…5 кОм);

Maximum Time Step–1– Максимальный шаг (1 Ом);

Pномер окна -1- в котором будет построен график тока;

X Expression–R(R2)– аргументы функции тока;

Y Expression – I(R2) – имя функции тока;

X Range–5k– интервал отображения аргумента по осиX;

Y Range–8m– интервал отображения аргумента по осиX;

Запустите построение графика, нажав кнопку RUN.

На экране вы увидите зависимость тока от сопротивления нагрузки I(R2). Данный график занесите в соответствующий раздел отчета. Отметьте на графике величину тока источника(J)и величину тока при сопротивлении нагрузки равным внутреннему сопротивлению источника. Для точного определения величины тока нажмите на клавиатуре комбинацию клавиш <Shift+Ctrl+X>. В появившейся формеGo To Xвведите величину сопротивления, например,320. Нажмите клавишуLeftи затемClose. На графике должны появиться координаты запрашиваемой точки. Полученные данные величин занесите в таблицу 1.

3.2 Построение зависимости напряжения от сопротивления нагрузки. Получите зависимость падения напряжения на нагрузке от сопротивления нагрузки V(R2). Для этого нажмите клавишуF9. Введите в окнеY Expression – V(R2)– имя функции напряжения, в окнеY Range – Autoи запустите построение кнопкойRUN.

Данный график занесите в соответствующий раздел отчета. Отметьте на графике величину, к которой асимптотически стремится напряжение, и величину напряжения при сопротивлении нагрузки равной внутреннем сопротивлению источника. Аналогично предыдущему пункту, полученные данные напряжения занесите в табл. 1

3.3 Построение зависимости мощности источника от сопротивления нагрузки.

Нажмите клавишу F9в окнеYExpressionV(V1)*I(R2)– имя функции мощности источника, в окнеY Range – Auto. Запустите построение. Данный график занесите в соответствующий раздел отчета. Отметьте на графике точку максимальной мощности и величину мощности при сопротивлении нагрузки равной внутреннему сопротивлению источника. Полученные данные занесите в табл. 1

3.4 Построение зависимости мощности выделяемой на внутреннем сопротивлении источника от сопротивления нагрузки.

Получите зависимость мощности, выделяемой на внутреннем сопротивлении источника (P_r=I*I*r). Нажмите клавишуF9, в окнеY Expressionвведите имя функции мощности токаI(R2)*I(R2)*R(R1). Y Range – Auto. Запустите. Данный график занесите в соответствующий раздел отчета. Отметьте на графике точку максимальной мощности и величину мощности при сопротивлении нагрузки равной внутреннему сопротивлению источника. Полученные данные занесите в таблицу 1.

3.5 Построение зависимости мощности выделяемой на нагрузке от сопротивления нагрузки.

Получите зависимость мощности, выделяемой на нагрузке (P_H=I*I*R_H),от сопротивления нагрузки. Откройте окноTransien Analysis Limitsи в полеY ExpressionвведитеI(R2)*I(R2)*R(R2)– функция мощности. Запустите построение. Данный график занесите в соответствующий раздел отчета. Отметьте на графике точку максимальной мощности. Полученные данные величин мощности занесите в табл. 1.

3.6 Построение зависимости КПДцепи от сопротивления нагрузки.

Получите зависимость КПДцепи(=100*P_H/P_ист)от сопротивления нагрузки. По аналогии с предыдущими пунктами в полеY Expressionвведите100*I(R2)*I(R2)*R(R2)/(V(V1)*I(R2))– функцияКПД. В полеY Range – Auto. Запустите построение. Данный график занесите в соответствующий раздел отчета. Отметьте на графики величину, к которой асимптотически стремитсяКПД, и величинуКПДпри сопротивлении нагрузки равной внутреннему сопротивлению источника. Полученные данные КПД занесите в табл. 1.