2.1 Исследование элементов элнктрических цепей
Анализ вольтамперных характеристик пассивных двухполюсников резистивного типа.
Цель
Анализ процессов в конденсаторе и катушке индуктивности.
Анализ характеристик управляемых источников энергии.
Приборы и вспомогательные элементы
Элементы электрической цепи можно разделить на элементы, генерирующие энергию(источники питания,
Краткие сведения из теории
( резестивные элементы). Свойства первых двух групп элементов можно описывать зависимостями тока
активные элементы), элементы, преобразующи электромагнитную энергию в другие формы энергии
сигналы, не изменяющиеся во времени. Токи и напряжения в реактивных элементах связаны интегро-
через них от напряжения(вольтамперными характеристиками). Исследовать их свойства можно применяя
изменяющиеся во времени сигналы.
дифферениальными зависимостями, и для исследования их свойств необходимо генерировать
Таблица Обозначения и свойства двухполюсных идеальных источников питания
Независимые идеальные источники питания. Простейшими источниками питания в электротехнике являются идеальные источники тока и напряжения. Они имеют бесконечно большую мощность. Свойства и обозначения основных типов идеальных источников (активных двухполюсников), использующихся в электротехнике и имеющихся в Workbench, приведены в та Таблица 2 Обозначения и свойства управляемых (четырехполюсных) идеальных источников питания
Таблица Обозначения и свойства резисторов
Зависимые источники питания. Зависимые источники питания представляются четырехполюсниками и являются идеальными источниками питания, управляемыми входным сигналом тока или напряжения. При этом величина выходного напряжения или тока в каждый момент времени определяется мгновенным значением входного управляющего сигнала и коэффициентом передачи четырехполюсника в соответствии с та Резистор. Вольтамперная характеристика линейного резистора выражается законом Ома, который и является для этого элемента компонентным уравнением (та 3 Неидеальный источник напряжения. Этот источник напряжения представляет собой блок, который составляется из двух описанных элементов: идеального источника ЭДС и последовательно с ним включенного резистора (р 1 Неидеальный источник тока. Неидеальный источник тока представляет собой блок, который составляется из двух описанных элементов: идеального источника тока и параллельно с ним включенного резистора (р 16).
Таблица Обозначения и свойства конденсаторов и катушек индуктивности
Конденсатор и катушка индуктивности. Интегродифференциальные соотношения, определяющие связь между токами и напряжениями и величину запасаемой энергии в реактивных элементах, приведены в та 4.
Эксперимент Идеальный источник постоянной ЭДС. а). Снятие вольтамперных характеристик с помощью амперметра и вольтметра. Откройте файл с2_01 (р 2, верхняя часть}. Подключите идеальный источник постоянной ЭДС на систему из нескольких нагрузочных резисторов. Размыкая и замыкая перемычки у резисторов и измеряя ток и напряжение, заполните таблицу в разделе "Результаты экспериментов". Постройте внешние характеристики идеальных источников ЭДС.
Порядок проведения экспериментов
а). Снятие вольтамперных характеристик с помощью амперметра и вольтметра. Откройте файл с2_02 (р 3, верхняя часть). Подключите идеальный источник постоянного тока на систему из нескольких нагрузочных резисторов. Размыкая и замыкая перемычки у резисторов и измеряя ток и напряжение, заполните таблицу в разделе "Результаты экспериментов". Постройте внешнюю характеристику идеального источника тока.
б). Снятие вольтамперных характеристик с помощью осциллографа. Автоматизировать процесс снятия внешней вольтамперной характеристики идеального источника ЭДС можно с помощью осциллографа, работающего в режиме характериографа (р 2, нижняя часть). В этом случае дополнительный источник синусоидального напряжения обеспечивает протекание различных значений тока через источник идеальной ЭДС, а внешняя характеристика изображается непосредственно на экране. Снимите характеристики всех источников ЭДС нижней схемы р 2 этим методом и зарисуйте их на экране осциллографа, изображенном в разделе "Результаты экспериментов". С методикой измерения Вы можете ознакомиться по Приложению Эксперимент Идеальный источник постоянного тока.
б). Снятие вольтамперных характеристик с помощью осциллографа. Для схемы (р 3, нижняя часть) снимите характеристики и зарисуйте их на экране осциллографа, изображенном в разделе "Результаты экспериментов". Эксперимент Зависимые источники ЭДС, управляемые напряжением.
а). Снятие вольтамперных характеристик с помощью амперметра и вольтметра. Откройте файл с2_03а (рис. 4, верхняя часть). Подключая цепь управления источника к различным источникам ЭДС, размыкая и замыкая перемычки нагрузки и измеряя ток и напряжение, заполните таблицы в разделе "Результаты экспериментов". Постройте характеристики источника. б). Снятие вольтамперных характеристик с помощью осциллографа. Для схемы (р 4, нижняя часть) снимите характеристики и зарисуйте их на экране осциллографа, изображенном в разделе "Результаты экспериментов". Эксперимент Зависимые источники тока, управляемые напряжением. а). Снятие вольтамперных характеристик с помощью амперметра и вольтметра. Откройте файл с2_ОЗЬ. са4 (рис. 5, верхняя часть). Подключая цепь управления источника к различным источникам ЭДС, заполните таблицы в разделе "Результаты экспериментов и построите внешние характеристики источника. б). Снятие вольтамперных характеристик с помощью осциллографа. Для схемы (р 5, нижняя часть) снимите характеристики и зарисуйте их на экране осциллографа, изображенном в разделе "Результаты экспериментов".
Эксперимент Зависимые источники ЭДС, управляемые током (1). а). Снятие волътамперных характеристик с помощью амперметра и вольтметра. Откройте файл с2_04а (р 6, верхняя часть). Для выбранного входного тока источника, размыкая и замыкая перемычки нагрузки и измеряя ток и напряжение, заполните таблицы в разделе "Результаты экспериментов" и постройте внешние характеристики источника при различных величинах входного тока.
б). Снятие вольтамперных характеристик с помощью осциллографа. Для схемы (р 6, нижняя часть) снимите характеристики и зарисуйте их на экране осциллографа, изображенном в разделе "Результаты экспериментов". Эксперимент Зависимые источники тока, управляемые током. а). Снятие вольтамперных характеристик с помощью амперметра и вольтметра. Откройте файл с2_04Ь (р 7, верхняя часть). Подключая цепь управления источника к различным источникам тока, размыкая и замыкая перемычки нагрузки и измеряя ток и напряжение, заполните таблицы в разделе "Результаты экспериментов" и постройте характеристики источника. б). Снятие вольтамперных характеристик с помощью осциллографа. Для схемы (р 7, нижняя часть) снимите характеристики и зарисуйте их на экране осциллографа, изображенном в разделе "Результаты экспериментов".
Эксперимент Вольт-амперные характеристики резистора. а). Снятие вольтамперпых характеристик с помощью амперметра и вольтметра. Откройте файл с2_0 са4 (р 2 верхняя часть). Установите номиналы сопротивлений для любых двух резисторов в 100 и 200 Ом. Снимите вольтамперную характеристику поочередно для каждого из сопротивлений, используя амперметр и вольтметр и подключая к этим резисторам различные источники ЭДС. Постройте вольтамперные характеристики резисторов в разделе "Результаты экспериментов". 6). Снятие вольтамперных характеристик с помощью осциллографа. Откройте файл с2_0 са4 (р 8), Получите те же характеристики, используя осциллограф в режиме характериографа. Характеристика первого сопротивления снимается при запуске программы вычислений, второго - при переключении ключа Space. Вычислите значения сопротивлений по вольтамперным характеристикам.
Эксперимент Внешние характеристики неидеальных источников тока и ЭДС. а). Снятие вольтамперных характеристик с помощью амперметра и вольтметра. Откройте файл с2_0 са4 (р 9, верхняя часть). Снимите внешние характеристики неидеальных источников с помощью вольтметра и амперметра, изменяя нагрузочное сопротивление. Заполните таблицу в разделе "Результаты экспериментов" и постройте внешние характеристики источников. б). Снятие вольтамперных характеристик с помощью осциллографа. Для схемы (рис. 9, нижняя часть) снимите характеристики и зарисуйте их на экране осциллографа, изображенном в разделе "Результаты экспериментов".
Результаты экспериментов Эксперимент Идеальный источник постоянной ЭДС. а). Снятие вольтамперных характеристик с помощью амперметра и вольтметра
Эксперимент Исследование процессов в катушке индуктивности. Соотношения между током и напряжением в катушке индуктивности исследуются при подаче последовательности разнополярных прямоугольных импульсов напряжения Откройте файл с2_0 са4 (р 10). Получите осциллограммы тока и напряжения на катушке индуктивности. Зарисуйте их в раделе "Результаты экспериментов". Из осциллограмм определите величину индуктивности, используя формулы из табл. Эксперимент 1 Исследование процессов в конденсаторе. Соотношения между током и напряжением в конденсаторе исследуются при подаче последовательности разнополярных прямоугольных импульсов тока Откройте файл с2_09.са4 (рис. 2.11). Получите осциллограммы тока и напряжения на конденсаторе. Зарисуйте их в раделе "Результаты экспериментов". Из осциллограмм определите величину емкости конденсатора, используя формулы из табл. 2.4.
6). Снятие вольтамперных характеристик с помощью осциллографа
Эксперимент Идеальные источники постоянного тока. а). Снятие вольтамперных характеристик с помощью амперметра и вольтметра
б). Снятие вольтамперных характеристик с помощью осциллографа
Эксперимент Зависимые источники ЭДС, управляемые напряжением. а). Снятие вольтамперных характеристик с помощью амперметра и вольтметра
б). Снятие вольтамперных характеристик с помощью осциллографа
Эксперимент Зависимые источники тока, управляемые напряжением. а). Снятие вольтамперных характеристик с помощью амперметра и вольтметра
6). Снятие вольтамперных характеристик с помощью осциллографа
Эксперимент Зависимые источники ЭДС, управляемые током. а). Снятие вольтамперных характеристик с помощью амперметра и вольтметра
6). Снятие вольтамперных характеристик с помощью осциллографа
Эксперимент Зависимые источники тока, управляемые током. а). Снятие вольтамперных характеристик с помощью амперметра и вольтметра
6), Снятие вольтамперных характеристик с помощью осциллографа
Эксперимент Вольтамперные характеристики резисторов. а). Снятие вольтамперных характеристик с помощью осциллографа
Сопротивление первого резистора
Сопротивление второго резистора
Эксперимент Внешние характеристики неидеальных источников тока и ЭДС. а). Снятие вольтамперных характеристик с помощью амперметра и вольтметра
б). Снятие вольтамперных характеристик с помощью осциллографа
Внутреннее сопротивление неидеального источника ЭДС
Внутреннее сопротивление неидеального источника тока
Напряжение холостого хода неидеального источника ЭДС
Ток короткого замыкания неидеального источника тока
Эксперимент Исследование процессов в катушке индуктивности.
Значения параметров
Напряжение на катушке, В
Время действия напряжения, с
Приращение тока, А
Индуктивность, Гн
Эксперимент 1 Исследование процессов в конденсаторе.
Значения параметров
Ток через конденсатор, А
Время прохождения тока, с
Приращения напряжения, В
Емкость, Ф
Перечислите все возможные типы источников ЭДС, имеющиеся в программе Electronics Workbench. Каковы их свойства и условные обозначения?
Вопросы
Перечислите все возможные типы источников тока, имеющиеся в программе Electronics Workbench. Каковы их свойства и условные обозначения?
Чему равно внутреннее сопротивление идеального источника ЭДС и как его определить?
Чем отличаются неидеальные источники энергии от идеальных?
Чему равно внутреннее сопротивление идеального источника тока и как его определить?
Представьте все возможные виды вольтамперных характеристик исследованных активных и пассивных двухполюсников. В чем их различия?
Как осуществить эквивалентное преобразование неидеального источника напряжения в неидеальный источник тока и обратное преобразование?
К идеальной катушке индуктивности с ненулевым начальным значением тока подключается идеальный источник постоянной ЭДС. Как будет изменяться график при изменении величины начального тока?
К идеальной катушке индуктивности с нулевым начальным значением тока подключается идеальный источник постоянной ЭДС. Как из графика тока в катушке определить величину индуктивности?
1 К идеальному конденсатору с нулевым начальным напряжением подключается источник постоянного тока. Как из графика напряжения на конденсаторе определить величину его емкости?
1 К идеальной катушке индуктивности с нулевым начальным значением тока подключается идеальный источник синусоидальной ЭДС. Нарисуйте временные зависимости тока в индуктивности при различных начальных фазах подключения источника ЭДС.
1 К идеальному конденсатору с нулевым начальным значением напряжения подключается идеальный источник синусоидального тока. Нарисуйте временные зависимости напряжения на конденсаторе при различных начальных фазах подключения источника тока.
1 К идеальному конденсатору с ненулевым начальным напряжением подключается источник постоянного тока. Нарисуйте временные зависимости напряжения на конденсаторе при при различных значениях начального напряжения.
Навигация
