РАБОТА №1
ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ЛИНЕЙНЫХ И НЕЛИНЕЙНЫХ РЕЗИСТОРОВ И ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ЭНЕРГИИ
Цель работы: экспериментальное определение вольтамперных характеристик (ВАХ) линейных и нелинейных резисторов и источников электромагнитной энергии; изучение временных реакций линейных и нелинейных резисторов на заданные воздействия.
1.1. Экспериментальные исследования
1.1.1. Определение ВАХ линейного и нелинейного резисторов
 |
Зависимость между напряжением и током элемента электрической цепи называется его вольтамперной характеристикой (ВАХ). У линейного резистора ВАХ описывается уравнением прямой, проходящей через начало координат: u = Ri. У нелинейного резистора ВАХ соответствует нелинейное уравнение: u = f (i) Примеры ВАХ линейного и нелинейного резисторов показаны на рис 1.1, а, б соответственно.
а б
Рис. 1.1
Вопрос 1. Что определяет угол наклона ВАХ линейного резистора?
 |
Для определения ВАХ резисторов R соберите схему, изображенную на рис. 1.2.
Рис. 1.2
В качестве исследуемого линейного возьмите резистор, указанный преподавателем. В качестве источника питания подключите источник постоянного напряжения. Изменяя напряжение источника через 1 В в диапазоне от -3 до 3 В, снимите соответствующие показания амперметра А и вольтметра V. Данные занесите в таблицу, приведенную ниже. Постройте ВАХ и определите по графику значение R.
Таблица
| u, В | |||||
| i, мА |
Вопрос 2. Если точки ВАХ, полученные экспериментально, не лежат строго на прямой, то чем это объяснить?
Для определения ВАХ нелинейного резистора в схему рис. 1.2 включите его в качестве исследуемого. В качестве источника питания постоянного напряжения, используйте вмонтированный в стенде источник постоянного напряжения, плюс (+) и минус (–), которого выведены на соответствующие клеммы + и –. Переключатель “Вольтметр” установить в положение = 5 В, а “регулятор напряжения” плавно повернуть влево до отказа. С помощью соединительных шнуров, произвести соединения в схеме. При изменении полярности напряжения, питаемого схему, необходимо соединительный шнур от (+) источника напряжения подсоединить в клемму (–), а шнур от (–) источника в клемму (+). Такое же подсоединение произвести при подключении к клеммам вольтметра и амперметра. Изменяя напряжение источника питания через 0,5 В в диапазоне от –3 до 2 В, снимите показания амперметра и вольтметра. Данные занесите в таблицу. Постройте ВАХ нелинейного резистора.
Анализ временных зависимостей токов и напряжений линейного и нелинейного резисторов при синусоидальных воздействиях
 |
Снимите осциллограммы тока и напряжения линейного, резистора R при действии синусоидального напряжения. Для этого соберите схему, изображенную на рис. 1.3. Установите на выходе генератора сигналов (ГС) частоту синусоидального напряжения f = 1 кГц и амплитуду um = 2 В (при этом вольтметр покажет действующее значение напряжения u = um /
= = 1,4 В. Положение переключателей осциллографа установите для наблюдения двух сигналов, поступающих на входы осциллографа (“→ →”, синхронизация - "от канала 1, "Авт."). Отрегулируйте чувствительность каналов (“V/ДЕЛ.”) и масштаб временной развертки (“ВРЕМЯ/ДЕЛ.”) для наблюдения на экране осциллографа кривых напряжения и тока исследуемого резистора. Зарисуйте эти кривые с экрана осциллографа на одном рисунке.
Рис. 1.3
Исследуйте временные зависимости тока и напряжения нелинейного резистора при действии синусоидального напряжения с амплитудой um = = 2 В. Сначала определите ожидаемый вид реакции качественно в черновике. Пример построения графика тока при действии одного периода синусоидального напряжения показан на рис. 1.4, а. Последовательность построений указана стрелками.
На совмещенных графиках тока и напряжения (рис.1.4, б) ток не совпадает по форме с напряжением. В этом проявляется нелинейность элемента. При качественном построении тока нелинейного резистора используйте ВАХ, построенную при выполнении предыдущего пункта.
Получите осциллограммы тока и напряжения нелинейного резистора с помощью схемы, изображенной на рис.1.3. Установите частоту ГС f = =1 кГц, действующее значение напряжения u = 1,4 В. Зарисуйте графики тока и напряжения с экрана осциллографа на одном рисунке аналогично рис.1.4, б.
а б
Рис. 1.4
Сравнив графики токов в напряжений, сделайте вывод о форме тока и напряжения для линейного и нелинейного резисторов.
1.1.3. Исследование ВАХ реальных источников
Идеальные источники напряжения и тока имеют ВАХ, изображенные сплошной линией соответственно на рис.1.5, а, б. Характеристики реальных источников в определенном диапазоне изменения токов и напряжений приближаются к ВАХ либо источников напряжения, либо источников тока. ВАХ реальных источников электромагнитной энергии изображены на рис.1.5, а, б пунктирными линиями.
 |
а б
Рис. 1.5
Получите экспериментальные данные для построения ВАХ источника питания постоянного напряжения. Соберите схему, изображенную на рис.1.6, где R представляет собой переключатель с набором сопротивлений от 20 Ом до 200 Ом. Установите на источнике питания ограничение по напряжению 1 В и ограничение по току 0,01 А. Изменяя величину R от 200 до 20 Ом,, через 20 Ом, измерьте токи и напряжения. Результаты занесите в таблицу. Постройте ВАХ источника.
Рис. 1.6
 |
Получите экспериментальные данные для построения ВАХ генератора сигналов. В схеме, изображенной на рис. 1.6, установите переключатель R в положение 200 Ом; вместо источника постоянного напряжения включите ГС. Установите частоту ГС равной 1 кГц и действующее значение напряжения равным 1 В. Изменяя величину R от 200 Ом до 20 Ом через 60 Ом, измерьте токи и напряжения. Результаты занесите в таблицу. Постройте ВАХ для генератора сигналов и определите величину его внутреннего сопротивления R 0. Способ расчета внутреннего сопротивления предложите самостоятельно.
1.2. Требования к отчету
В отчете следует сформулировать цель работы, дать краткое изложение всех разделов исследований (схемы, опытные данные, необходимые расчеты, графики, обоснование полученных результатов) и сделать заключение с краткими выводами по работе.
РАБОТА № 3