Исследование нелинейных цепей постоянного тока (Лабораторная работа № 3)

Бареттеры применяются в электрических цепях для стабилизации тока в отдельных ветвях при медленном изменении напряжения.

            Полупроводниковые диоды – двухслойные приборы, обладающие практически односторонней проводимостью, т.е. при одинаковом по величине напряжении ток в прямом направлении диодов во много раз больше, чем в обратном направлении. Это свойство используют в выпрямителях — устройствах для преобразования переменного тока в ток постоянного направления.

            При исследовании и расчете цепей с нелинейными элементами вводят понятия статического и дифференциального (динамического) сопротивлений. Статическое сопротивление нелинейного элемента в точке «А» его ампер-вольтной характеристики (рис. 3)

                                      ,

где: m_U, m_I, m_R – масштабы напряжения, тока и сопротивления.

            Дифференциальное сопротивление пропорционально тангенсу угла наклона касательной в точке А а.в.х. к оси токов:

                                               .

            Для всех нелинейных элементов статические и дифференциальные параметры не одинаковы, не постоянны и зависят от тока и напряжения.

            Расчет нелинейных электрических цепей постоянного тока обычно выполняют графическим методом, в основу которого положены законы Кирхгоффа. По известным а.в.х. отдельных нелинейных элементов, составляющих эту цепь, находят в в.а.х. для всей цепи в целом. При этом а.в.х. последовательно соединенных нелинейных элементов получают суммированием напряжений при одинаковых значениях тока для всех элементов.

            А.в.х. параллельного соединения нелинейных элементов получают суммированием токов при одинаковых для всех элементов значениях напряжения.

                        Таким образом а.в.х. полученная для всей цепи в целом, позволяет найти распределение напряжений и токов в электрической цепи с нелинейными элементами.

            Приведенный метод расчета справедлив и в том случае, если один или оба резистора линейные, для которых  а.в.х. прямые линии.

Порядок выполнения работы.

1.  Собрать электрическую цепь по схеме рис. 4.

Рис.4.

Снять а.в.х. проволочного реостата, лампы накаливания, бареттера, и полупроводникового диода, поочередно подключая их на зажимы А, В, учитывая при этом, что:

            А) а.в.х. реостата и лампы накаливания снимают при напряжении источника питания 220В с интервалами 20-30В.

            Б) а.в.х. бареттера снимают изменения напряжения через 3В, в приделах от 0 до 30В;

            В) а.в.х. полупроводникового диода снимают изменяя напряжение через 0.05В в приделах от 0 до 0.5В. Цепь подключают к источнику питания напряжением 3В.

            Результаты наблюдений занести в таблицу 1, провести необходимые вычисления и построить а.в.х. в зависимости R_cn(I) для всех элементов.

2.  Установить из а.в.х. бареттера область бареттирования, найти величину стабилизированного тока и сравнить эти величины с паспортными данными бареттера.

Таблица 1.

3.  Пользуясь снятыми а.в.х. реостата I(U₁) и лампы I(U₂) построить в той же системе координат расчетную а.в.х. I(U₁+U₂) для их последовательного соединения и расчетную а.в.х. (I₁+I₂)U для их параллельного соединения (рис. 5).

Рис.5.

4.  Для проверки результатов графического метода расчета электрической цепи при последовательном соединении нелинейных элементов собрать электрическую цепь по схеме рис. 6 и, изменяя напряжение в соответствии с расчетными значениями, снять а.в.х. Результаты занести в таблицу 2.

5.  экспериментально полученные данные а.в.х. нанести в виде знаков «х» на том же графике (рис. 5), где построена расчетная а.в.х. Оценить точность графического метода расчета путем сравнения результатов расчета с данными опыта.

6.  Для проверки результатов графического метода расчета электрической цепи при параллельном соединении нелинейных элементов собрать электрическую