Лабораторная работа 1 Снятие вольтамперных характеристик нелинейных элементов на постоянном токе 1 Общие сведения

• Название: Лабораторная работа 1 Снятие вольтамперных характеристик нелинейных элементов на постоянном токе 1 Общие сведения
• Дата: 29.09.2021
• Размер: 251.5 Kb.
• Имя файла: Veremyev_labA.doc
• Тип: Лабораторная работа; #238731

1. Цепи постоянного тока

1.1 Лабораторная работа №1

Снятие вольтамперных характеристик нелинейных элементов на постоянном токе

1.1.1. Общие сведения

Вольтамперная характеристика представляет собой график зависимости напряжения от тока U(I) (или наоборот I(U)) на данном элементе электрической цепи.

У линейных резисторов вольтамперная характеристика представляет собой прямую линию U = RI (рисунок 1.1). У нелинейных элементов (лампы накаливания, электрическая дуга, диоды, транзисторы и другие электронные приборы) эта зависимость более сложная и часто неоднозначная.



Рисунок 1.1 – Вольтамперные характеристики резисторов на постоянном токе
Две принципиальные схемы для снятия вольтамперных характеристик на постоянном токе изображены на рисунке 1.1а и 1.2б. В них используется регулируемый источник постоянного напряжения, а резистор R_огр в этих схемах служит для ограничения тока в цепи при малых сопротивлениях исследуемых элементов.



Рисунок 1.2 – Принципиальные схемы снятия ВАХ на постоянном токе: а) схема измерения с погрешностью по напряжению; б) схема измерения с погрешностью по току
Схема (а) называется схемой измерения с погрешностью по напряжению. Она используется в том случае, когда сопротивление испытуемого элемента велико по сравнению с сопротивлением амперметра. Тогда показание вольтметра близко к напряжению на элементе, хотя фактически он измеряет сумму напряжений на данном элементе и амперметре.

Вторая схема (б) называется схемой измерения с погрешностью по току. Здесь амперметр фактически измеряет сумму токов в данном элементе и вольтметре. Эта схема используется, если сопротивление испытуемого элемента мало по сравнению с сопротивлением вольтметра. Тогда ток вольтметра гораздо меньше тока в испытуемом элементе и им можно пренебречь.

В данной работе по схеме (а) снимаются вольтамперные характеристики лампы накаливания, прямая ветвь характеристики стабилитрона и обратная ветвь характеристики полупроводникового диода. По схеме (б) снимаются обратная ветвь характеристики стабилитрона и прямая ветвь характеристики полупроводникового диода.

2. Экспериментальная часть

1.1.2.1. Задание

Снять экспериментально и построить графики вольтамперных характеристик лампы накаливания, стабилитрона и полупроводникового диода.

1.1.2.2. Порядок выполнения работы

- Соберите цепь (рисунок 1.2а) для снятия вольтамперной характеристики лампы накаливания. Монтажная схема изображена на рисунке 1.3. Обратите внимание, что вольтметр и амперметр в этой схеме своими положительными клеммами подключены к точке «А»

- Изменяя ток в цепи, как показано в таблица 1.1, запишите в таблицу соответствующие значения напряжения на лампе и на рисунке 1.4 постройте график вольтамперной характеристики лампы накаливания.

Таблица 1.1 – Экспериментальные данные с лампой накаливания

I, мА	-40	-30	-20	-10	0	10	20	30	40
U, B	-9,69	-5,86	-2,87	-0,73	0	0,75	2,85	5,85	9,68

- Замените лампу накаливания стабилитроном, соблюдая полярность, показанную на рисунок 1.2, и снимите его вольтамперную характеристику, устанавливая либо напряжения, либо токи, указанные в таблице 1.2. Для увеличения точности при отрицательных напряжениях и токах вольтметр должен быть подключён к точке «В», а при положительных – к точке «А». График вольтамперной характеристики стабилитрона постройте также на рисунке 1.4.

Таблица 1.2 – Экспериментальные данные со стабилитроном

I, мА	-40	-20	0	0	0	0	0,1	4	10	20	40
U, B	-0,75	-0,70	-0,45	1	2	3	4	5,53	5,67	5,80	5,87

- Замените стабилитрон диодом и устанавливая токи или напряжения, указанные в таблицу 1.3, снимите его вольтамперную характеристику. В этом опыте, наоборот, при отрицательных напряжениях и токах вольтметр должен быть подключён к точке «А», а при положительных – к точке «В». График вольтамперной характеристики стабилитрона постройте на том же рисунке 1.4.

Таблица 1.3 – Экспериментальные данные с диодом

I, мА	0	0	0	0	0	2	10	20	30	40
U, B	-8	-6	-4	-2	0	0,56	0,67	0,71	0,73	0,77

Рисунок 1.3 – Монтажная схема



Рисунок 1.4 - Шаблон для экспериментальных зависимостей
Контрольные вопросы
1. Что такое электрическая цепь?

2. Дайте определение источников электрической энергии.

3. Нарисуйте вольтамперные характеристики идеальных источников электрической энергии, линейного резистора.

4. Нарисуйте вольтамперную характеристику реального источника электрической энергии.

5. Какие виды носителей зарядов в различных средах Вы знаете?

6. Дайте определение постоянного тока. Чему он равен численно?

7. Что такое электродвижущая сила?

8. Что характеризует напряжение?

9. Сформулируйте закон Ома.

10. Сформулируйте закон Джоуля-Ленца.

11. Какими измерительными приборами определяется ток, напряжение, мощность, сопротивление?

12. Что означают стрелки тока, напряжения, э.д.с. на расчетной схеме?

13. Определите понятия «электрическая цепь», «электрическая схема», «узел», «устранимый узел», «ветвь», «источник ЭДС» и «источник тока».

14. Что понимают под обобщенной ветвью?

15. Соберите на стенде схему, изображенную на рисунке 1.3.

16. Как выбирают положительные направления для токов ветвей и как связаны с ними положительные направления напряжений на сопротивлениях?

17. Что понимают под ВАХ?

18. Сформулируйте закон Ома для участка цепи с ЭДС.

19. В чем отличие напряжения от падения напряжения?

20. Чему равно внутреннее сопротивление идеального источника ЭДС и как его определить?

21. Чем отличаются неидеальные источники энергии от идеальных?

22. Как осуществить эквивалентное преобразование неидеального источника напряжения в неидеальный источник тока и обратное преобразование?


Вывод: При выполнении лабораторной работы были получены и построены графики вольтамперной характеристики лампы накаливания, стабилитрона и обратная ветвь характеристики полупроводникового диода (рисунок 1.4). В ходе выполнения работы была получена ветвь характеристики стабилитрона и прямая ветвь характеристики полупроводникового диода.

Вольтамперная характеристика у лампы накаливания нелинейная и имеет возрастающий характер. В связи с чем у лампы накаливания возрастание тока приводит к “зеркальному возрастанию” напряжения.

Для вольтамперной характеристики стабилитрона характерно медленное возрастание напряжение в области отрицательного тока, с последующим скачком в области положительного напряжения.

Вольтамперная характеристика диода - это графическая зависимость тока, проходящего через диод, от приложенного к нему напряжения при прямом и обратном включении. Вид вольтамперной характеристики определяется в основном свойствами р–n-перехода. Таким образом, можно сказать, что диод пропускает ток в одном направлении и препятствует протеканию тока в обратном направлении.