Исследование разветвленных нелинейных цепей постоянного тока.
1. Цель работы
Экспериментальное получение вольтамперных характеристик нелинейных резистивных элементов, графический расчет разветвленной нелинейной электрической цепи постоянного тока и экспериментальная проверка результатов расчета.
2. Порядок выполнения работы
2.1. Ознакомиться с лабораторной установкой.
Рисунок
2.2. Собрать электрическую цепь для снятия вольтамперной характеристики нелинейного элемента (рис. 1) и предъявить её для проверки преподавателю. В качестве регулируемого источника постоянного напряжения использовать источник Е2, выходное напряжение которого регулируется потенциометром. В качестве нелинейного элемента R1* использовать нелинейный резистор R6. Обратить внимание на полярность напряжения на нелинейном элементе R6. Предъявить схему для проверки преподавателю.
2.3. Снять вольтамперную характеристику нелинейного элемента. Для этого установить ручку потенциометра в крайнее левое положение. Включить источник постоянного напряжения Е2. Увеличивая плавно входное напряжение провести необходимые измерения при изменении тока от 0 до 60…80 мА. Результаты измерений занести в табл. 1. Выключить электропитание стенда. Построить вольтамперную характеристику нелинейного элемента.
Таблица 1
|
U, B |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
I, A |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
2.4. Снять вольтамперные характеристики лампы накаливания и резистора. Для этого собрать цепь с последовательным соединением лампы накаливания HL и линейного резистора R1* (рис. 2). В качестве исследуемого резистора R1* использовать резистор R3 стенда. Предъявить схему для проверки преподавателю.
Установить ручку потенциометра в крайнее левое положение. Включить модуль питания (выключатель QF1) и источник постоянного напряжения. Увеличивая плавно входное напряжение измерять напряжения на входе цепи U, на лампе накаливания UЛ и на резисторе UR, а также ток I. Результаты измерений занести в табл. 2. Выключить электропитание стенда. Построить вольтамперные характеристики цепи, лампы накаливания HL и резистора R1. 
Таблица 2
|
I, A |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
U, B |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Uл, В |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
UR, B |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
2.5. Снять вольтамперную характеристику цепи со смешанным соединением элементов. Для этого собрать электрическую цепь по рис. 3 и предъявить её для проверки преподавателю. В качестве сопротивления R2* схемы использовать резистор R3 стенда.
2.6. Включить электропитание стенда и снять вольтамперную характеристику всей цепи Uэксп=f(I). Установить ручку потенциометра в крайнее левое положение. Включить модуль питания (выключатель QF1) и источник постоянного напряжения. Увеличивая плавно входное напряжение измерять напряжения на входе цепи U и ток I1, потребляемый от источника питания. Результаты измерений занести в табл. 3. Выключить электропитание стенда.
Таблица 3
|
U, B |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
I, A |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
2.7. Записать уравнения законов Кирхгофа для исследуемой цепи. Используя результаты экспериментов, построить расчетную вольтамперную характеристику всей цепи Uрасч=f(I). Здесь же нарисовать полученную экспериментальную вольтамперную характеристику цепи Uэксп=f(I) и сравнить их.
2.8. Для указанного преподавателем значения входного напряжения выполнить графический расчет токов ветвей и напряжений на отдельных участках цепи по рис. 3. Результаты расчета занести в табл.4.
Таблица 4
|
|
U, B |
U1, B |
U23, B |
I1, A |
I2, A |
I3, A |
|
Расчет |
|
|
|
|
|
|
|
Эксперимент |
|
|
|
|
|
|
2.9. Для проверки расчета нелинейной цепи включить электропитание и установить заданное значение входного напряжения U. Измерить токи I1. I2, и I3 , а также напряжения U1 и U23 на отдельных участках цепи. Результаты занести в табл. 4.
3. Содержание отчета
Отчет по работе должен содержать:
а) наименование и цель работы;
б) схемы экспериментов и таблицы с результатами измерений;
в) расчетные и экспериментальные вольтамперные характеристики;
г) сравнение результатов расчета с экспериментальными данными;
д) выводы.
4. Контрольные вопросы
4.1. Что такое «нелинейный элемент» в электрической цепи?
4.2. Привести примеры нелинейных элементов электрических цепей и их вольтамперных характеристик.
4.3. Почему для нелинейной цепи удобен графический способ анализа?
4.4. Справедливы ли для нелинейных цепей законы Кирхгофа?
4.5. Как построить вольтамперную характеристику последовательного соединения нелинейных элементов?