Студопедия КАТЕГОРИИ: АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция |
Экспериментальное получение ВАХ
Вольтамперные характеристики НЭ могут быть получены экспериментально. Для этого собирают электрическую цепь по одной из двух схем, показанных на рис. 11.3, а, б. При этом следует иметь в виду, что измерительные приборы обладают сопротивлениями, указанными на их лицевой стороне. Сопротивления амперметра RA и вольтметра RV могут быть соизмеримы с сопротивлениями НЭ, поэтому при снятии ВАХ следует производить перерасчет данных для построения характеристик. Так, при снятии ВАХ по схеме рис. 11.3, а следует учесть, что вольтметр покажет суммарное напряжение амперметра и нелинейного элемента . Поэтому при заданных значениях тока напряжение на НЭ определяют по формуле
и только после этого строят вольтамперную характеристику. В случае, если сопротивление нелинейного элемента намного больше сопротивления амперметра, то напряжением амперметра можно пренебречь и считать, что . При снятии ВАХ по схеме рис. 11.3, б получают погрешность вследствие того, что амперметр измеряет суммарный ток . Поэтому при заданных значениях напряжения определяют ток НЭ по формуле , после чего строят зависимость IНЭ(U). В случае, если сопротивление нелинейного элемента намного меньше сопротивления вольтметра, то током вольтметра можно пренебречь и считать, что . Полученные экспериментальным способом вольт-амперные характеристики НЭ используют далее для описания свойств НЭ и для расчета электрической цепи, содержащей нелинейные элементы. Статическое и динамическое сопротивления НЭ При расчете нелинейных цепей помимо ВАХ используют также некоторые числовые параметры, например статическое и динамическое сопротивления нелинейного элемента. Статическим сопротивлением RСТ нелинейного элемента в заданной точке а его характеристики называют отношение напряжения на НЭ к току в нем. Из рис. 11.4 видно, что это сопротивление пропорционально тангенсу угла α, образованного прямой, соединяющей точку а с началом координат, и осью токов: , где mU, mI, mR – соответственно масштабы осей напряжения, тока, сопротивления. Дифференциальным или динамическимсопротивлением Rдиф нэ в заданной точке а его характеристики называют производную от напряжения по току. Это сопротивление пропорционально тангенсу угла β между касательной к ВАХ в точке а и осью токов (рис. 11.4): . Для участка ВАХ дифференциальное сопротивление равно отношению конечного приращения напряжения к конечному приращению тока: . Если рабочая точка а находится на падающем участке ВАХ, то дифференциальное сопротивление в таком случае будет отрицательным. Графический метод расчета нелинейных цепей Постоянного тока Нелинейные цепи простой конфигурации удобно рассчитывать графическим методом. Рассмотрим графический метод расчета нелинейных цепей с последовательным, параллельным и смешанным соединением нелинейных элементов. Последовательное соединение НЭ. На рис. 11.5, а показано последовательное соединение двух НЭ, вольтамперные характеристики которых I(U1) и I(U2) представлены на рис. 11.6 (кривые 1 и 2 соответственно). Эти два элемента можно заменить одним эквивалентным (рис. 11.5, б) с вольтамперной характеристикой I(U), построенной на рис. 11.6 (кривая 3). Построение каждой точки этой характеристики выполняется на основании уравнения, записанного по второму закону Кирхгофа для цепи рис. 11.5, а . Задаваясь значением тока I', по ВАХ (рис. 11.6) определяют напряжения U'1 и U'2 на нелинейных элементах (кривые 1 и 2) и рассчитывают напряжение U' в соответствии со вторым законом Кирхгофа . По координатам U' и I' получают точку суммарной ВАХ (кривая 3 рис. 11.6). Все остальные точки характеристики эквивалентного нелинейного элемента строят аналогичным образом.
Полученная характеристика I(U) (кривая 3 рис. 11.6) позволяет определить ток I цепи для любого заданного значения входного напряжения U (рис. 11.7). А по значению этого тока определить напряжения на НЭ U1 и U2 по вольтамперным характеристикам этих элементов. Для расчета цепи (рис. 11.8), где одним из элементов является линейный резистор с сопротивлением R, графические построения можно провести и другим методом - методом пересечения характеристик. Согласно второму закону Кирхгофа записывают или . Полученное уравнение решают графически. Для этого на координатной плоскости строят ВАХ нелинейного элемента - кривая 1 рис. 11.9 и ВАХ линейной части схемы - прямая 2, проходящая через точки M и N. Как показано на рис. 11.9, прямая MN соответствует линейному уравнению
и построена по двум точкам, соответствующим режиму холостого хода (I=0, Uлхх=U) и режиму короткого замыкания (Uл=0, I=IК= ) на участке цепи с НЭ. Графическим решением уравнения является точка пересечения кривой 1 и прямой 2. Параллельное соединение нелинейных элементов показано на рис. 11.10, а. Характеристики этих НЭ I1(U) и I2(U) представлены на рис. 11.11 (кривые 1 и 2 соответственно). Эти два элемента можно заменить одним эквивалентным (рис. 11.10, б) с вольт-амперной характеристикой I(U), изображенной на рис. 11.11 – кривая 3. Для этого задаются произвольными значениями напряжения и суммируют соответствующие ординаты характеристик НЭ, то есть графически реализуют первый закон Кирхгофа: I(U)=I1(U)+I2(U). Для нахождения токов в параллельно соединенных НЭ, в случае если известно входное напряжение, построение результирующей характеристики не требуется, так как токи находятся непосредственно по характеристикам НЭ. Результирующая характеристика параллельно соединенных нелинейных элементов используется в том случае, если по заданному току I требуется определить напряжение U на зажимах цепи, а также при расчете цепей при смешанном соединении элементов. Смешанное соединение НЭ. На рис. 11.12, а показана схема смешанного соединения НЭ, а на рис 11.12, б приведены их ВАХ I1(U1), I2(U2), I3(U2) - кривые 1, 2 и 3 соответственно. Графическое построение для определения токов и напряжений приведено на рис. 11.12, б. Сначала производим замену двух параллельно соединенных элементов одним эквивалентным с характеристикой I1(U2)=(I2+I3)(U2) (кривая 4). Затем строим вольт-амперную характеристику всей цепи (кривая 5 рис. 11.12, б) U(I1) = U1(I1) + U2(I1)= U1(I1) + U2(I2+ I3). Для этого, задаваясь произвольными значениями тока I1, суммируют соответствующие абсциссы кривых 4 и 1. Далее, на оси абсцисс откладываем заданное напряжение U и проводим прямую, параллельную оси ординат, до пересечения с кривой I1(U) и на оси ординат находим ток I1, соответствующий заданному напряжению. При этом значении тока по кривой I1(U2) находим напряжение U2, а по кривой I1(U1) –значение напряжения U1. По найденному значению напряжения U2 на кривых I2(U2) и I3(U2) находим токи параллельных ветвей I2 и I3.
Стабилизатор напряжения Стабилизатором напряжения называют устройство, поддерживающее с определенной точностью неизменным напряжение на нагрузке. Изменение напряжения на нагрузке может быть вызвано рядом причин: колебаниями напряжения первичного источника питания (сети переменного напряжения, аккумулятора, гальванического элемента), изменением нагрузки, изменением температуры окружающей среды и др. Для стабилизации напряжения в параметрических стабилизаторах напряжения при помощи стабилитрона (рис. 11.13) используют обратную ветвь вольт-амперной характеристики полупроводникового стабилитрона (рис. 11.14). С помощью такого стабилизатора можно получить стабилизированное напряжение от нескольких вольт до нескольких сотен вольт при токах от единиц миллиампер до нескольких ампер. Стабилитрон в параметрическом стабилизаторе включают параллельно нагрузочному резистору Rн (рис. 11.13). Последовательно со стабилитроном для создания требуемого режима работы включают балластный резистор Rб. При увеличении входного напряжения увеличивается ток стабилитрона. В результате увеличивается напряжение на балластном резисторе Rб, а выходное напряжение, согласно второму закону Кирхгофа, остается неизменным . Принцип действия параметрического стабилизатора удобно проиллюстрировать с помощью ВАХ стабилитрона, на которой построена опрокинутая вольт-амперная характеристика резистора Rб (прямые 1 и 2 рис. 11.14). Такое построение позволяет графически решить уравнение электрического состояния стабилизатора напряжения
и найти значения тока стабилитрона и выходного напряжения, т.е. напряжения на нагрузке стабилизатора , которые соответствуют входному значению напряжения (прямая 1). При увеличении входного напряжения на величину , например, из-за повышения напряжения сети, ВАХ балластного резистора Rб (прямая 1) переместится параллельно самой себе и займет положение 2. Из рис. 11.14 видно, что при этом напряжение мало отличается от напряжения , т.е. практически напряжение на стабилитроне и на нагрузочном резисторе остается неизменным. Напряжение на нагрузочном устройстве остается неизменным также при снижении входного напряжения и изменении тока нагрузки . Для нормальной работы параметрического стабилизатора сопротивление балластного резистора Rб должно быть таким, чтобы его ВАХ пересекала ВАХ стабилитрона в точке А, соответствующей номинальному току стабилитрона , значение которого указано в его паспортных данных. Диапазон изменения тока стабилитрона должен лежать в пределах от Iст.min до Iст.max, также указанных в паспортных данных. Основным коэффициентом, характеризующим работу стабилизатора, является коэффициент стабилизации по напряжению КстU. Коэффициент стабилизации есть отношение относительного изменения выходного напряжения к вызвавшему его относительному изменению входного напряжения , .
|
||
Последнее изменение этой страницы: 2018-04-12; просмотров: 768. stydopedya.ru не претендует на авторское право материалов, которые вылажены, но предоставляет бесплатный доступ к ним. В случае нарушения авторского права или персональных данных напишите сюда... |