Описание лабораторной установки

Для снятия ВАХ используется электрическая цепь, схема которой приведенная на рис. 11.15. В качестве источника постоянного напряжения используется источник постоянной ЭДС Е=15 В. В качестве нелинейных элементов - лампа накаливания на напряжение 12 В, полупроводниковый диод Д 245, стабилитрон Д 815.

Все необходимые элементы расположены на одном блоке лабораторного стенда.

Кроме этого используют линейные резисторы с сопротивлениями 100 и 75 Ом.

Для регулирования напряжения используют реостат с сопротивлением 0÷200 Ом.

Измерительные приборы: миллиамперметр Э 513 с пределами измерения 200 мА; вольтметр типа АВО-501.

Для снятия характеристик параметрического стабилизатора напряжения используется схема рис. 11.16, содержащая стабилитрон Д 815 и балластный резистор R_б=100 Ом.

Измерительные приборы: амперметр Э 513 с пределами измерения 0,25÷1,0 А; вольтметры типа АВО-501.

ЗАДАНИЕ НА ПОДГОТОВИТЕЛЬНУЮ РАБОТУ

1. Изучить раздел дисциплины «ТОЭ» «Нелинейные цепи постоянного тока». Ознакомиться с ВАХ лампы накаливания, диода и стабилитрона.

2. Ознакомиться с ходом выполнения лабораторной работы и содержанием рабочей тетради.

ПРОГРАММА РАБОТЫ

1. Используя схему рис. 11.15, снять ВАХ следующих НЭ: лампы накаливания, диода, стабилитрона. Характеристики снимаются как для прямого, так и для обратного включения.

Для этого к схеме рис. 11.14, а поочередно подключают элементы рис. 11.15, б. Перемещая ползунок реостата, изменяют напряжение питания от 0 до 15 В и снимают по 7-10 точек для каждой ВАХ, как для прямого включения, так и для обратного. Для снятия ВАХ обратного включения необходимо поменять полярность источника питания. Данные измерений занести в табл. 11.1.

Таблица 11.1

По данным табл. 11.1 разными цветами на одном графике построить ВАХ нелинейных элементов.

2. На одном графике в том же масштабе по току m_i и напряжению m_u , что и в п. 1, построить ВАХ диода и линейного резистора с сопротивлением R=75 Ом, а также общую характеристику цепи для последовательного соединения этих элементов.

3. Собрать электрическую цепь с последовательным соединением диода и линейного резистора с сопротивлением R=75 Ом (рис. 11.15, в) и снять общую характеристику цепи. Данные эксперимента занести в табл.11.2. Полученную ВАХ построить в одних осях координат с ВАХ, полученной в п. 2. Сравнить расчетную и экспериментальную кривые и сделать вывод.

Таблица 11.2

4. На одном графике в том же масштабе по току m_i и напряжению m_u, что и в п.1,  построить ВАХ диода и линейного резистора с сопротивлением R=75 Ом, а также общую характеристику цепи для параллельного соединения этих элементов.

5. Собрать электрическую цепь с параллельным соединением диода и линейного резистора с сопротивлением R=75 Ом (рис. 11.15, г) и снять общую характеристику цепи. Данные эксперимента занести в табл.11.2. Полученную ВАХ построить в одних осях координат с ВАХ, полученной в п.4. Сравнить расчетную и экспериментальную кривые и сделать соответствующий вывод.

6. Собрать схему параметрического стабилизатора напряжения рис. 11.16. Изменяя напряжение на входе стабилизатора Uвх=0÷15 В, измерить входной ток и напряжение на выходе. Результаты измерений занести в табл.11.3.

Таблица 11.3

Следует обратить внимание на напряжения Uвх и Uвых, при которых наблюдается наименьшее значение тока и при которых выходное напряжение мало изменяется в сравнении с входным (участок стабилизации).

7. По данным табл. 11.3 рассчитать коэффициент стабилизации исследуемого стабилизатора. Построить зависимость U_вых= f(U_вх).

8. Сделать выводы о проделанной работе.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Классификация нелинейных элементов.

2. Статическое и дифференциальное сопротивление нелинейных элементов.

3. Анализ цепей с нелинейными элементами при последовательном соединении приемников.

4. Анализ цепей с нелинейными элементами при параллельном соединении приемников.

5. Анализ цепей с нелинейными элементами при смешанном соединении приемников.

6. Принцип работы параметрического стабилизатора напряжения.

7. Определение коэффициента стабилизации стабилизатора напряжения.

Лабораторная работа № 9

Нелинейные элементы

С кусочно-линейной вах

В цепях ПЕРЕМЕННОГО тока

Цель работы: экспериментальное получение временных зависимостей токов и напряжений в нелинейных электрических цепях переменного тока, содержащих нелинейные элементы с кусочно-линейной вольт-амперной характеристикой.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Метод кусочно-линейной аппроксимации заключается в замене заданной нелинейной характеристики ломаной прямой с одной или несколькими точками излома. Такая замена нелинейной характеристики позволяет вести расчет аналитически для каждой из областей, где характеристика линейна, с помощью линейных уравнений, решения которых «припасовываются», электрические величины, соответствующие концу одного линейного участка, приравниваются к соответствующим величинам для начала следующего участка.

 Этот метод удобно использовать при анализе цепей с вентилями и сглаживающими фильтрами, а также цепей с катушкой, имеющей сердечник с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ), и других цепей.

Наиболее эффективен этот метод в том случае, когда отрезки прямых, заменяющих характеристику нелинейного элемента, могут быть взяты совпадающими с осями координат. На рис. 12.1, а, б, в приведены такие аппроксимирующие характеристики для идеального диода, стабилитрона и катушки индуктивности с ППГ.

а)                        б)                              в)

Рис. 12.1