Элементы электрических цепей

Цель работы:

1. Анализ вольтамперных характеристик пассивных двухполюсников резистивного типа.
2. Анализ характеристик управляемых источников энергии.
3. Анализ процессов в конденсаторе и катушке индуктивности.

 

Выполнение

1. Снимем вольтамперные характеристики идеального источника постоянной ЭДС при помощи пункта «Анализ > Динамический анализ по постоянному току».

Сопротивление, Ом	0,4	4	40	400	4000
Ток источника 1, А Напр. источника 1, В	10	1	100m	10m	1m
	4	4	4	4	4
Ток источника 2, А Напр. источника 2, В	35	3.5	350m	35m	3.5m
	14	14	14	14	14
Ток источника 3, А Напр. источника 3, В	-50	-5	-500m	-50m	-5m
	-20	-20	-20	-20	-20
Ток источника 4, А Напр. источника 4, В	-7.5	-750m	-75m	-7.5m	750u
	-3	-3	-3	-3	-3

Для источника напряжения 1 построим график вольтамперной характеристики при помощи пункта «Анализ > Переходные процессы».  По оси X зададим напряжение между источником и резистором, по оси Y зададим ток резистора. Номинал резистора будем менять от 1 до 1000 с шагом 1.

Вывод: исследованы вольтамперные характеристики идеального источника ЭДС.

2. Снимем вольтамперные характеристики идеального источника тока при помощи пункта «Анализ > Динамический анализ по постоянному току».

Сопротивление, Ом	0,4	4	40	400	4000
Ток источника 1, А Напр. источника 1, В	4	4	4	4	4
	1.6	16	160	1.6K	16K
Ток источника 2, А Напр. источника 2, В	14	14	14	14	14
	5.6	56	560	5.6K	56K
Ток источника 3, А Напр. источника 3, В	-20	-20	-20	-20	-20
	-8	-80	-800	-8K	-80K
Ток источника 4, А Напр. источника 4, В	-3	-3	-3	-3	-3
	-1.2	-12	-120	-1.2K	-12K

Для источника тока 1 построим график вольтамперной характеристики при  помощи пункта «Анализ > Переходные процессы».  По оси X зададим напряжение между источником и резистором, по оси Y зададим ток резистора. Номинал резистора будем менять от 1 до 1000 с шагом 1.

Исследованы вольтамперные характеристики идеального источника тока.

3. Построим для зависимого источника тока, управляемого напряжением, график вольтамперной характеристики при помощи пункта  «Анализ > Переходные процессы».

По оси X зададим напряжение между источником и резистором, по оси Y зададим ток резистора.  Номинал резистора будем менять от 1 до 1000 с шагом 1. Значение коэффициента передачи и величину управления возьмем произвольными.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вывод: проведен анализ характеристик зависимого источника тока, управляемого напряжением.

4. Снимем вольтамперные характеристики резистора с помощью пункта «Анализ > Передаточные характеристики по постоянному току». Снимем вольтамперные характеристики резисторов номиналами 100 Ом и 200 Ом. Источник напряжения будем менять от 1 до 100 В с шагом 1 В.

Вывод: проведен анализ вольтамперных характеристик резистора.

5. Снимем вольтамперные характеристики для неидеальных источников тока и ЭДС. Номинал источника равен 4. Номинал внутреннего резистора возьмем равным 10 Ом, номинал второго резистора будем менять от 1 до 1000 с шагом 1 Ом.

Сопротивление, Ом	0,4	4	40	400	4000
Ток источника 1, А Напр. источника 1, В	384.615m	285.714m	80m	9.756m	997.506u
	4	4	4	4	4

 

Сопротивление, Ом	0,4	4	40	400	4000
Ток источника 1, А Напр. источника 1, В	4	4	4	4	4
	1.538	11.429	32	39.024	39.9

 

Из графика неидеального источника ЭДС видим, что при увеличении тока в цепи происходит снижение значения напряжения, тогда как при идеальном источнике ЭДС напряжение постоянно. Это связано с падением напряжения на внутреннем сопротивлении, которым обладает неидеальный источник.

Идеальный источник тока поддерживает постоянное значение тока не зависимо от значения напряжения, но реальный источник, как видно из второго графика, зависит от значения напряжения. Это также объясняется наличием внутреннего сопротивления у источника тока.

Вывод: проведен анализ вольтамперных характеристик реальных источников тока и ЭДС.

6. Проведем исследование процессов в катушке индуктивности. Соотношения между током и напряжением в катушке индуктивности исследуются при подаче последовательности разнополярных прямоугольных импульсов напряжения. Получим осциллограммы тока и напряжения на катушке индуктивности.

Из осциллограмм определим величину индуктивности.

;

;

Вывод: проведен анализ процессов  в катушке индуктивности.

7. Проведем исследование процессов в конденсаторе. Соотношения между током и напряжением в конденсаторе исследуются при подаче последовательности разнополярных прямоугольных импульсов тока. Получим осциллограммы тока и напряжения на конденсаторе.

Из осциллограмм определим  величину емкости конденсатора.

;

;

Вывод: проведен анализ процессов  в конденсаторе.

8. Построим качественную временную зависимость для напряжения, мощности и энергии, запасенной в конденсаторе.

Задана качественная  временная диаграмма тока.

 

Сделаем приблизительную  оценку. Напряжение будет возрастать, пока приращение  площади под кривой тока положительно. Форма кривой тока определяет изменение производной тока в конденсаторе. На участке 0-1 должна быть вогнутая форма возрастающей кривой напряжения. На участке 1-2 приращение площади отрицательно, кривая напряжения будет линейно убывать. На участке 2-3 график кривой напряжения будет выпуклой убывающей функцией. На участке 3-4 график напряжения линейно возрастает. С момента времени 4 ток становится равным 0, как и напряжение.

участок	0-1	1-2	2-3	3-4	4-5
	-2t+2	-1	2t-6	1	0
					0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

					0
					0

; 

Если мощность положительна, то график зависимости энергии от времени возрастает, если же мощность отрицательная, то график убывает.

Проверим результаты качественного  анализа при помощи MicroCAP.

Вывод: проведен качественный анализ конденсатора.

 

Вывод

В ходе работы был проведен анализ вольтамперных характеристик  пассивных двухполюсников резистивного типа, анализ характеристик управляемых  источников энергии, анализ процессов  в конденсаторе и катушке индуктивности.