3624 ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

ЛАБОРАТОРНАЯ   РАБОТА  № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ ЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЕЙ СО СМЕШАННЫМ СОЕДИНЕНИЕМ ЭЛЕМЕНТОВ

Цель работы

Научиться измерять и рассчитывать входное сопротивление; исследовать распределение токов и напряжений при смешанном соединении элементов; исследовать работу делителя напряжения.

Подготовка к работе

1. Изучить теоретическую часть работы, изложенную в приложении.

2. Для схемы рис.1.1 рассчитать входное сопротивление относительно зажимов источника, напряжения и токи в ветвях схемы. Данные для расчета взять из табл.1.1 в соответствии с номером бригады. Результаты расчетов занести в табл.1.2.

 

 

 

 

 

 

 

Рис.1.1

 

Таблица 1.1

Номер бригады

1

2

3

4

5

6

7

8

E,  В

12

13

12

13

12

13

12

13

R1,  Ом

150

100

200

120

150

100

100

180

R2,  Ом

200

240

150

180

150

120

150

120

R3,  Ом

750

750

680

560

360

430

680

360

 

Описание установки

Работа выполняется на стенде, на котором установлены все элементы и приборы, необходимые для выполнения работы. На панели приведены изображения элементов и выведены гнезда, к которым они присоединены. Сама цепь уже почти полностью собрана. Небольшие дополнительные соединения в цепи, а также подключение измерительных приборов проводятся с помощью проводников, которые можно получить у лаборанта перед началом работы.

Выполнение работы

Собрать цепь по схеме рис. 1.1, измерить напряжения и токи в ветвях. По результатам измерений рассчитать сопротивления R1, R2, R3 и входное сопротивление цепи. Результаты измерений занести в табл.1.2 и сравнить с расчетными.

Таблица 1.2

Величина

Ubc,B

Ubc,B

U,B

I1, мА

I2, мА

I3, мА

Rвх, Ом

Расчет

 

 

 

 

 

 

 

Эксперимент.

 

 

 

 

 

 

 

Контрольные вопросы

1. Какое соединение элементов называется последовательным, параллельным и смешанным?

2. Записать выражения для входного сопротивления схем, указанных на рис. 1.2, относительно заданных зажимов.

 

 

 

 

 

 

 

Рис.1.2

  1. Вычислить токи и напряжения в схемах рис. 1.3, если
    Е=100 В, R1=100 Ом, R2=10 Ом, J=1 A.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.3

4. Для делителя напряжения (рис. 1.4) получить формулу и построить график зависимости напряжения  Uн от  Rx для Rн=R.

 

 

 

 

 

Рис. 1.4

 

Теоретическая часть

Входным сопротивлением пассивной электрической цепи называется отношение напряжения к току на зажимах этой цепи.

На практике часто возникает задача рассчитать входное сопротивление цепи, когда известны элементы цепи и способ их соединения. Простейшие виды соединений – это последовательное, параллельное и смешанное  соединение элементов.

Последовательным называется такое соединение, при котором конец каждого элемента соединен только с началом последующего элемента. При последовательном соединении через все участки цепи проходит один и тот же ток. На рис.1.5 показано последовательное соединение   сопротивлений.

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.5

Входное сопротивление для этой цепи может быть найдено, если, согласно второму правилу Кирхгофа, входное напряжение заменить суммой падений напряжений на сопротивлениях.

 

При последовательном соединении  больше любого сопротивления, входящего в это соединение.

Напряжение на каждом сопротивлении может быть найдено по закону Ома:

.

Таким образом, напряжение на каждом сопротивлении меньше, чем на входе. Чем больше сопротивление, тем большая часть входного напряжения падает на нем.

Параллельным называется такое соединение, при котором элементы подключены к одной паре узлов. При параллельном соединении к элементам приложено одно и тоже напряжение. Параллельное соединение   сопротивлений  показано на рис.1.6.

 

 

 

 

 

 

Рис.1.6

Для параллельного соединения легко находится входная проводимость, которая является обратной величиной для входного сопротивления . Формулу для вычисления  можно получить, используя первое правило Кирхгофа и закон Ома:

.

Эту формулу удобно использовать при большом количестве параллельных сопротивлений. Если параллельно соединены два сопротивления, то для вычисления  удобнее использовать следующую формулу: .

При параллельном соединении входное сопротивление меньше любого сопротивления, входящего в соединение.

Если известен ток на входе цепи, то ток в каждом сопротивлении может быть найден следующим образом:.

Смешанным называют такое соединение, при котором имеются только участки с последовательным и параллельным соединением элементов. Для расчета режима в такой цепи можно последовательно преобразовывать схему до неразветвленной, заменяя последовательно и параллельно соединенные сопротивления эквивалентными. После расчета режима в неразветвленной цепи можно легко найти токи
и напряжения во всех ветвях схемы, используя полученные выше формулы.

В качестве примера рассмотрим расчет режима в схеме рис.1.7.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.7

Если заменить последовательно соединенные сопротивления  и  эквивалентным , а параллельно соединенные сопротивления    и  эквивалентным сопротивлением , исходная схема преобразуется к виду, показанному на рис.1.8.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.8                                      Рис.1.9                     Рис1.10

Заменяя в ней последовательно соединенные сопротивления  и  сопротивлением , получим схему рис. 1.9. В этой схеме можно заменить параллельные сопротивления  и  сопротивлением .  В результате этого получим неразветвленную схему, показанную на рис. 1.10, в которой можно найти ток , а затем напряжение .  Затем, возвращаясь к схеме рис. 1.9, находятся токи   и  :  ,    .

По найденному току  в схеме рис.1.8 можно найти  напряжение , а затем  и токи  и   в схеме рис. 1.7 ,    .

 

 

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ   РАБОТА  № 2

ИССЛЕДОВАНИЕ ЛИНЕЙНОЙ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Цель работы

Экспериментальная проверка принципа наложения. Экспериментальное определение параметров активного двухполюсника, исследование зависимости величины мощности, передаваемой от активного двухполюсника в нагрузку, от значения сопротивления нагрузки.

Подготовка к работе

  1. Изучить рассматриваемые темы по конспекту лекций или литературе[1-3].

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.2.1

  1. Для активного двухполюсника, схема которого изображена на рис. 2.1  Рассчитать параметры эквивалентной схемы замещения  UХХ, IКЗ и  RВХ. Данные для расчетов взять из табл.2.1 в соответствии с номером бригады.
  2. Используя найденные параметры активного двухполюсника, рассчитать зависимости  и построить графики напряжения и мощности в нагрузке в зависимости от сопротивления нагрузки, изменяя его от нуля до двух килоом.

Таблица 2.1

Номер бригады

1

2

3

4

5

6

7

8

E1,  В

12

13

12

13

12

13

12

13

E2,  В

6

7

6

7

6

7

6

7

R1,  Ом

150

100

200

120

150

100

100

180

R2,  Ом

200

240

150

180

150

120

150

120

R3,  Ом

750

750

680

560

360

430

680

360

R4,  Ом

510

560

470

360

680

510

560

510

R5,  Ом

390

560

470

390

390

430

470

510

Описание установки

Работа выполняется на стенде, на котором установлены все элементы и приборы, необходимые для выполнения работы. На панели приведены изображения элементов и выведены гнезда, к которым они присоединены. Сама цепь уже почти полностью собрана. Небольшие дополнительные соединения в цепи, а также подключение измерительных приборов проводятся с помощью проводников, которые можно получить у лаборанта перед началом работы.

Выполнение работы

  1. В цепях, собранных по  рис. 2.2, 2.3 и 2.4, измерить и записать значения токов I3(1), I3(2) и I3. Убедиться в справедливости принципа наложения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2.2                             Рис.2.3                              Рис.2.4

  1. Для активного двухполюсника, собранного по схеме рис. 2.1, измерить и записать UХХ и IКЗ. По измеренным значениям рассчитать входное сопротивление двухполюсника и сравнить его с расчетным.
  2. Подключить к зажимам активного двухполюсника нагрузку в виде переменного резистора и записать значения UН и  IН при изменении сопротивления от нуля до максимального значения. По результатам  измерений рассчитать RН и РН. Результаты измерений и расчетов оформить в виде таблицы. Построить экспериментальную зависимость РН(RН) на том же чертеже, где построен расчетный график этой зависимости.

Контрольные вопросы

1.    Какая цепь называется линейной?

2.    Как определить токи в ветвях методом наложения?

  1. Какими параметрами характеризуется активный двухполюсник? Изобразить его схемы замещения.
  2. Как экспериментально определить параметры активного двухполюсника?
  3. Каково условие передачи максимальной мощности от генератора в нагрузку?
  4. Каков порядок расчета цепи методом эквивалентного генератора?

 

 

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ   РАБОТА  № 3

ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНОЙ ЦЕПИ
ПОСТОЯННОГО ТОКА