Исследование цепей с нелинейными резистивными элементами
Работа добавлена: 2016-06-25





Работа № 16

Исследование цепей с нелинейными резистивными элементами

Цель работы: экспериментальное исследование некоторых цепей, содержащих нелинейные резистивные элементы.

Xxss

16.1. Подготовка к работе

Нелинейные цепи, содержащие резисторы с нелинейной вольтамперной характеристикой (ВАХ), находят широкое применение в технике. ВАХ нелинейных резисторов приводятся в справочной литературе в виде графиков.

На рис. 16.1,а изображена ВАХ полупроводникового диода и приведено его схемное обозначение. Характеристику диода можно идеализировать, как показано на рис. 16.1,б. В этом случае диод можно рассматривать как ключ, замкнутый при положительном и разомкнутый при отрицательном напряжении (обратном).

Рис. 16.1

Для стабилизации постоянного напряжения используют полупроводниковые стабилитроны. На рис. 16.2 показаны схемное обозначение, реальная и идеализированная ВАХ стабилитрона. При обратном напряжении источника  происходит лавинный пробой, дающий наиболее важный участок, где напряжение мало зависит от изменения тока в широком диапазоне. Этот участок используется в стабилизаторах постоянного напряжения.

Рис. 16.2

В лабораторной работе исследуются простые цепи лестничной структуры, содержащие линейные и перечисленные ранее нелинейные элементы. Для анализа таких цепей удобен метод эквивалентного преобразования с применением графических построений. Метод состоит в последовательной замене параллельно и последовательно соединенных ветвей цепи одним эквивалентным двухполюсным элементом, ВАХ которого получают с помощью графических построений с использованием графиков ВАХ исходных элементов цепи.

Суть метода поясняется на примере построения ВАХ цепи, показанной на рис. 16.3,а. Исходные характеристики элементов изображены на рис. 16.3,б. Вначале строят ВАХ  двух параллельно соединенных нелинейных элементов ,  путем суммирования токов  при фиксированных значениях напряжения . Для этого, задавая произвольно значения, например , суммируют токи  и , т. е. значения ординат ВАХ  и ВАХ . После такого преобразования цепь будет состоять из двух последовательно соединенных элементов  и . При последовательном соединении элементов , поэтому, задаваясь произвольно значением тока, например , суммируют  и , т. е. значения абсцисс ВАХ линейного резистора  и ВАХ . По полученным точкам строят результирующую ВАХ цепи (кривая ВАХ ).

Рис. 16.3

Нелинейные свойства резистивных элементов широко используются в цепях для преобразования формы воздействий. Так, для получения однополярных сигналов из синусоидального напряжения применяются выпрямительные цепи, например рис. 16.4,а. При этом для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения используютRC-фильтры (рис. 16.4,б), включаемые между выпрямителем и нагрузкой .

Цепи, содержащие стабилитроны, кроме стабилизации постоянного напряжения, используются также для ограничения мгновенного значения выходного напряжения (рис. 16.4,в) на уровне .

Графическое изображение ВАХ нелинейного элемента может быть получено с помощью осциллографа. Для этого через нелинейный элемент пропускают переменный ток и на входы каналов I и II подают сигналы, пропорциональные току и напряжению на элементе. При этом луч на экране осциллографа будет описывать форму ВАХ исследуемого элемента. Градуировку характеристики производят по масштабной сетке осциллографа

или расчетным путем.

а

б

                    Рис.  16.4в

              16.2. Экспериментальные исследования

Исследования  проводятся  на  схеме  цепи представленной на рис.16.5. Необходимая конфигурация цепей собирается посредством ключейS1– S5. Сигнал, пропорциональный току, подается на канал В осциллографа и снимается с резистораR3= 10 Ом. Все эксперименты проводятся при входном напряжении синусоидальной формы, амплитудное значение которого устанавливается В. Форма напряжения на исследуемых элементах контролируется по каналу А осциллографа. В цепи используются следующие элементы:  Ом,  кОм,  Ом,  мкФ, диоды типа , .

  1. Осциллографирование ВАХ отдельных элементов цепи.

Соберите схему, изображенную на рис. 16.6,а. Сопротивление  Ом, и вносимые им искажения ВАХ невелики; резистор  Ом служит для ограничения тока. Установите частоту входного напряжения  Гц, а развертку осциллографа в положениеВ/А. Переключатели режима работы каналов установите в положение ДC. Получите изображение ВАХ стабилитрона в пределах экрана осциллографа. Определите, какая ось ВАХ соответствует току, а какая напряжению исследуемого стабилитрона.

Снимите осциллограмму ВАХ стабилитрона. Определите напряжение стабилизации , используя масштабную сетку  осциллографа.

а                                                              б

Рис. 16.6

Далее снимите ВАХ диода, включив его по схеме на рис. 16.6,а вместо стабилитрона.

Вопрос 1. Почему снятые ВАХ элементов отличаются от типовых? Как определить масштаб тока ВАХ?

2. Снятие ВАХ двухполюсника, составленного из нескольких элементов.

Соберите схему, показанную на рис. 16.6,б. Снимите ВАХ сложного нелинейного двухполюсника аналогично п. 1. На осциллограмме отметьте характерные точки изломов ВАХ и определите их значения по масштабной сетке.

В отчёте, используя ВАХ нелинейных и линейных элементов, постройте результирующую ВАХ исследуемого нелинейного двухполюсника.

Вопрос 2.Согласуется ли расчет с экспериментом?

3. Осциллографирование реакций цепи при синусоидальном напряжении.

Соберите и подключите к ГС схему, показанную на рис.16.6,а.Включите временную развертку осциллографа и добейтесь устойчивого изображения двух периодов напряжения на экране осциллографа. Снимите осциллограммы мгновенного напряжения на стабилитроне и напряжения пропорционального току на резисторе, отметьте на них максимальные значение амплитуд, измерив их передвигая курсор осциллографа Т1.

Затем соберите схему, изображенную на рис. 16.6,б, и снимите те же осциллограммы.

Вопрос 3. Как проверить соответствие осциллограмм мгновенных напряжений и ВАХ элементов?

4. Исследование характеристик выпрямителяc RC-фильтром.

Аналогично п. 3 соберите схему, показанную на рис. 16.4,б. Снимите осциллограмму напряжения  на  резисторе    вначале  при  Гц, а затем при  Гц. Перед снятием каждой осциллограммы определите амплитуду пульсирующего напряженияV(p-p)/2,действующее значение выпрямленного напряженияV(rms) и постоянную составляющуюV(dc)на выходе цепи, используя пробник (1.4V) расположенный в правом нижнем углу платы измерительных приборов.

Вопросы:4. Почему при изменении частоты амплитуда пульсаций изменилась?

5. В  чем  сходство  и  в  чем  различие  реакций,  показанных  на        рис. 16.4,а,б?

16.3. Требования к отчету

Отчет должен содержать цель работы, все пункты экспериментального исследования и заключение. По каждому пункту в отчет необходимо включить его название, схемы исследованных цепей, таблицы наблюдений, вычисления, графики, осциллограммы и письменные ответы на все вопросы.

16.4. Самостоятельное исследование

Соберите цепь, показанную на рис. 16.4,в, и к выходу цепи подключите конденсатор . Снимите осциллограмму напряжения  и объясните ее вид.




Возможно эти работы будут Вам интересны.

1. Исследование электрического состояния цепей с линейными пассивными элементами при постоянном напряжении

2. Исследование RL и RC-цепей

3. Исследование линейных резистивных цепей

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ИНДУКТИВНО-СВЯЗАННЫХ ЦЕПЕЙ

5. Исследование индуктивно-связанных цепей

6. Исследование и расчет однофазных цепей синусоидального тока

7. Работа с элементами управления вWindows-программах

8. Музыка вечера. Урок с элементами мастерской

9. РАСЧЕТ ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА, ОДНОРОДНЫХ ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА

10. Выполнение прически с элементами завивки волос на эллектро-щипцы