Исследование характеристик элементов электрических цепей

Работа № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

Цель работы: экспериментальное исследование вольт-амперных характеристик (ВАХ) линейных и нелинейных резисторов, источников, а также - и -элементов; изучение временных реакций элементов на входные воздействия различной формы.

Подготовка к работе

Вольтамперные характеристики источников питания

Идеальные источники напряжения и тока имеют ВАХ, изображенные сплошными линиями соответственно на рис. 1.1, а, б. ВАХ реальных источников изображены штриховыми линиями на рис. 1.1, а, б; схемы замещения источников показаны на рис. 1.2, а, б.

 

 

Рис. 1.1

 

 

	а                                                  б

 

Рис. 1.2

Из ВАХ нагруженного реального источника напряжения следует, что при токе  в режиме холостого хода (ХХ) напряжение u _ХХ равно напряжению идеального источника . Внутреннее сопротивление источника напряжения определяется выражением

                                                                                            (1.1)

причем при внутреннем сопротивлении  ВАХ стремится к характеристике идеального источника. Из ВАХ реального источника тока следует, что при внутреннем сопротивлении  его характеристика становится характеристикой идеального источника .

Характеристики резистивных элементов

У линейного резистора ВАХ (рис. 1.3, а) описывается уравнением прямой, проходящей через начало координат: u = Ri. ВАХ нелинейного

резистора (рис. 1.3, б) соответствует нелинейному уравнению u = f (i).

Свойства индуктивного элемента

Для индуктивного элемента ВАХ имеют вид:

т. е. идеальный -элемент эквивалентен короткозамкнутому элементу (КЗ) при .

Реальный индуктивный элемент – это катушка, намотанная проводом на сердечник из ферромагнитного материала. Схему замещения для диапазона низких частот можно представить в виде последовательного соединения идеального L -элемента и резистора сопротивлением R _L, где R _L –                   – сопротивление провода.

Свойства емкостного элемента

ВАХ емкостного элемента имеют вид:

т. е. идеальный С -элемент эквивалентен холостому ходу при u_С = const.

Реальный емкостный элемент – это конденсатор, схему замещения которого, с учетом тока утечки, можно представить в виде параллельного соединения идеального С -элемента и резистора с сопротивлением R_C.

Определение ВАХ линейного резистора.

По указанию преподавателя подключите к одному из резисторов источник постоянного напряжения . Установите u = 3 В, зафиксируйте значение тока i, изменяя напряжение через 1 В от + 3 до 0, а затем от 0 до –3, поменяв полярность  источника ключом S1, запишите в табл. 1.2 семь значений напряжения и тока.

Таблица 1.2

u, В
i, мА
R, Ом

Постройте по значениям таблицы ВАХ линейного резистора и по ней определите . Сопоставьте R со значением заданного резистора.

Исследование работы конденсатора на постоянном токе.

Подключите к конденсатору источник постоянного напряжения U = 4 В, измерьте ток I и определите R_C = U/I.

Требования к отчету

Отчет должен содержать цель работы, все пункты экспериментального исследования, схемы цепей, таблицы, графики, расчетные формулы и вычисления по ним, размещенные в соответствующих пунктах отчета, а также заключение по работе.

Кроме того, необходимо письменно ответить на следующие вопросы:

1. Что определяет угол наклона ВАХ линейного резистора? Если точки ВАХ, полученные экспериментально для линейного резистора, не лежат строго на прямой, то чем это можно объяснить и каким образом провести прямую?

2. Какой зависимостью связаны между собой ток и напряжение линейного и нелинейного резисторов?

3. На какой вход осциллографа подается сигнал, пропорциональный току, а на какой – напряжению?

4. Может ли форма тока линейного резистора отличаться от формы напряжения?

5. Заметно ли отличие формы тока от формы синусоидального напряжения при исследовании нелинейного резистора?

6. Можно ли исследуемые источники считать близкими к идеальным?

7. Как объяснить изменение формы реакций при подключении к реальным - и -элементам источников напряжения прямоугольной и треугольной форм?

Самостоятельное исследование

Каково изменение формы реакции при подключении к нелинейному резистору источников напряжения прямоугольной и треугольной форм? Ответ на вопрос подтвердите экспериментом.

 

Работа № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

Цель работы: экспериментальное исследование вольт-амперных характеристик (ВАХ) линейных и нелинейных резисторов, источников, а также - и -элементов; изучение временных реакций элементов на входные воздействия различной формы.

Подготовка к работе