ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3 ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА ЦЕЛЬ РАБОТЫ 1. Получить экспериментальным путем и проанализировать зависимости тока от напряжения для лампы накаливания и полупроводникового стабилитрона. 2. Освоить методы графического анализа нелинейной последовательной цепи с использованием ампер-вольтных характеристик входящих в нее элементов. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ В данной работе исследуются электрические цепи, в состав которых входят лампа накаливания (нелинейный элемент) и полупроводниковый стабилитрон (нелинейный элемент), последовательно соединенный с резистором (линейный элемент). Элемент электрической цепи, сопротивление которого зависит от тока или напряжения, называют нелинейным элементом. Нелинейной электрической цепью называют такую цепь, в состав которой входит хотя бы один нелинейный элемент. При анализе нелинейных цепей электрические свойства нелинейных и линейных элементов представляют ампер-вольтными характеристиками (АВХ), которые отображают зависимость тока от напряжения I(U). АВХ линейных элементов имеют вид прямых линий, а нелинейных элементов - некоторых кривых линий. По виду АВХ различают нелинейные элементы с симметричной и несимметричной характеристиками (по отношению к началу координат). Лампы накаливания обладают симметричными АВХ (рис.1). Нелинейность их характеристик обусловлена тем обстоятельством, что при повышении температуры сопротивление нити накаливания будет увеличиваться. Полупроводниковый стабилитрон имеет несимметричную АВХ (кривая I(UCГ) на рис.3). При расчетах нелинейных цепей постоянного тока наиболее часто используют графические методы. Последовательные нелинейные цепи с двумя элементами можно рассчитывать двумя методами: 1)методом сложении АВХ элементов цепи; 2) методом пересечения АВХ элементов цепи. Метод сложения АВХ рассмотрим на примере цепи, состоящей из полупроводникового стабилитрона VD и резистора R (рис.2). В единых осях координат строят АВХ стабилитрона I(Uст). резистора I(UR) и АВХ всей цепи (суммарную АВХ), представляющую собой зависимость тока I от общего напряжения U (кривая I(U) на рис.3). Построение этой кривой осуществляется путем сложения абсцисс АВХ стабилитрона и резистора для ряда фиксированных значений тока. При этом на графике получают ряд точек, соединение которых дает искомую кривую I(U). После построения-кривой I(U) на плоскости координат будут иметься в наличии три кривые, использование которых позволяет для данной цепи решать различные задачи. Например: равно напряжение U=8 В, требуется определить ток в цепи и паления напряжений на элементах. Данная задача решается следующим образом. Из точки А, абсцисса которой равна 8 В, восстанавливают перпендикуляр к оси U до его пересечения с кривой I(U) в точке Б. Затем, опустив перпендикуляр из точки Б на ось I, получают точку В, которая указывает значение искомого тока I (в рассматриваемом примере I=0,20 А). Прямая БВ пересекает характеристики I(UСR) и l(UR) в точках Г и Д, абсциссы которых равны искомым падениям напряжений на стабилитроне и резистора соответственно (в рассматриваемом примере UCГ≈1,8 В, UR ≈6,2 В). Метод пересечения характеристик удобно применять для решения частной задачи, когда один из элементов последовательной цепи является линейным элементом (резистором), заданы напряжение на зажимах цепи и сопротивление резистора, требуется определить ток и падения напряжений на элементах цепи. Данный метод рассматривается на примере последовательной цепи, состоящей из лампы накаливания ЛН и резистора R (рис.4). Расчет цепи этим методом состоит в следующем. В единых осях координат строят АВХ лампы накаливания I(UЛН) и опрокинутую АВХ резистора I(UR)ОПР (рис.5). Опрокинутая характеристика (прямая АБ) строится по заданным значениям напряжения U и сопротивления R. В данном примере прямая АБ построена при условии, что U=16B, R= 20 Ом. Абсцисса точки А равна заданному напряжению U, т.е. 16В. Ордината точки Б определяется как частное от деления U на R, т.е. ордината точки Б равна U/R= 16/20= 0,8 А. Прямая АБ и кривая I(UЛН) пересекаются в точке В. которая определяет решение задачи. Ордината точки В равна искомому току. В данной задаче I=0,6А. Абсцисса точки В (точка Г на оси напряжений) определяет значения падений напряжений на лампе накаливания (отрезок ОГ) и на резисторе (отрезок ГА). В данном примере UЛН=4 B, UR=12 В.
|