МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА” КАФЕДРА ТЕОРЕТИЧНОЇ І ЗАГАЛЬНОЇ ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ / Звіт З лабораторної роботи №2 з дисципліни “Теорія електричних кіл” Щур П.Я. Прийняв: Рендзіняк С.Й. Львів – 2011 Лабораторна робота №2 Тема: дослідження нелінійного електричного кола. Мета: ознайомлення з методикою зняття вольтамперних характеристик нелінійних елементів і визначення по них статичних і диференційних опорів; експериментальна перевірка графічних і графоаналітичних методів розрахунку нелінійних кіл постійного струму. 1. Теоретичні пояснення Особливістю елементів лінійних електричних кіл є те, що їх можна охарактеризувати конкретним значенням опору, а їх вольтамперна характеристика - лінійна. Опір нелінійного елемента є функцією струму (напруги) і тону, як правило, нелінійні опори чи вітки, що містять нелінійні елементи, описують вольтамперними характеристиками, які знімають експериментально або розраховують. При послідовному сполученні віток алгебраїчно додаємо напруги віток при одинаковому струмі, який протікає по них. При паралельному сполученні віток алгебраїчно додаються струми віток при однакових напругах на них. Так отримуються еквівалентні вольтамперні характеристики, незалежно від того активні чи пасивні вітки згортаються. Під час дослідження розгалужених нелінійних кіл постійного струму особливу увагу необхідно звернути на те, щоб строго виконувалися закони Кірхгофа. 2. Послідовність виконання роботи 2.1. Ознайомитися з лабораторним стендом. Засвоїти правила користування його блоками живлення та вимірювальними приладами. 2.2. Скласти схему згідно з рис. 1 і зняти вольтамперні характеристики нелінійних резисторів (R1, R2) та лінійного резистора (R3). Результати експерименту записати відповідно в таблиці 1, 2 та 3. 2.3. Скласти схему згідно з рис. 1 і зняти вольтамперну характеристику кола при послідовному з'єднанні нелінійного (R2) і лінійного (R3), резисторів. Результати експерименту записати в табл. 4. 2.4. Скласти схему згідно з рис. 1 і зняти вольтамперну характеристику кола при паралельному з'єднанні нелінійного (R1) і лінійного (R3) резисторів і результати експерименту записати в табл. 5. 2.5. Зібрати схему зі змішаним з'єднанням усіх трьох резисторів у відповідності з рис. 2. Встановити на вході кола задану викладачем напругу. Результати експерименту записати в табл. 6. 3. Схеми електричного кола для проведення експериментів / Рис. 1 Схеми для зняття вольтамперних характеристик / Рис. 2. Схема змішаного з'єднання елементів 4. Таблиці для запису експериментальних і розрахункових даних Rст = U/I; Rдиф = dU/dI Табл. 1. Вольтамперна характеристика нелінійного резистора R1 Вимірювання U1 В 0 4,1 9,4 11,5 13,8 17,4 21,2 27,9 33,7   I1 А 0 0,21 0,34 0,37 0,41 0,46 0,51 1,22 1,5  Обчислення Rc 1 Ом - 19,5 27,6 31,1 33,7 37,8 41,6 22,9 21,7   Rд 1 Ом - 19,5 40,8 70,0 57,5 72,0 76,0 9,4 17,6  Табл. 2. Вольтамперна характеристика нелінійного резистора R2 Вимірювання U2 В 0 2,5 6,4 9,4 10,6 12,6 14,5 15,8 17,1   I2 А 0 0,05 0,18 0,35 0,44 0,62 0,81 0,96 1,12  Обчислення Rc 2 Ом - 50 35,6 26,9 24,1 20,3 17,9 16,5 15,3   Rд 2 Ом - 50 30 17,6 13,3 11,1 10 8,7 8,1  Табл. 3. Вольтамперна характеристика лінійного резистора R3 Вимірювання U3 В 0 2,7 6,1 8,3 11,7 14,9 20,1 25,3 33,1   I3 А 0 0,11 0,28 0,40 0,57 0,73 1,01 1,26 1,66  Обчислення Rc 3 Ом - 24,5 21,8 20,8 20,5 20,4 19,9 20,1 19,9   Rд 3 Ом - 24,5 20 18,3 20 20 18,6 20,8 19,5  Табл. 4. Вольтамперна характеристика послідовно з'єднаних другого (R2) і третього (R3) резисторів U В 0 2,6 6,3 8,2 10,7 17,1 24,4 28,6 35,4  I А 0 0,02 0,08 0,12 0,18 0,35 0,57 0,72 0,95  Табл. 5. Вольтамперна характеристика паралельно з'єднаних першого (R1) і третього (R3) резисторів U В 0 2,3 3,2 5,3 7,5 9,1 9,9 13,1 16,1  I А 0 0,13 0,31 0,41 0,51 0,71 0,96 1,26 1,61  Табл. 6. Дані експерименту при змішаному з'єднанні резисторів U (В) U2 (В) U1-3 (В) I1 (А) I2 (А) I3 (А)  26.6 15.4 11.1 0.86 0.33 0.53  5. Оброблення дослідних даних 5.1. Побудувати на одному рисунку вольтамперні характеристики всіх трьох резисторів. / 5.2. Обчислити значення статичних (Rс) і диференційних (Rд) опорів всіх трьох резисторів і записати отримані дані у відповідні таблиці. 5.3. Побудувати на одному рисунку вольтамперну характеристику та залежності Rс1 = f(I1), Rд1 = f(I1) першого нелінійного резистора. Побудувати аналогічні залежності для другого (нелінійного) та третього (лінійного) резисторів /. / / 5.4. Користуючись вольтамперними характеристиками другого і третього резисторів, побудувати вольтамперну характеристику при їх послідовному з'єднанні і порівняти з експериментом. / 5.5. Користуючись вольтамперними характеристиками першого і третього резисторів, побудувати вольтамперну характеристику при їх паралельному з'єднанні і порівняти з експериментом. / 5.6. Графічним методом виконати розрахунок нелінійного кола, зображеного на рис. 2, при заданій напрузі. Порівняти результати з даними експерименту. / 5.7. Застосовуючи метод еквівалентного генератора, обчислити струм в колі з послідовним з'єднанням другого і третього резисторів. Порівняти результати з даними експерименту. - 6. Методичні вказівки до проведення і оброблення результатів експериментів 6.1. Нелінійні резистори реалізовані на напівпровідниковій елементній базі і мають односторонню провідність, а тому при складанні електричних схем необхідно враховувати вказану на панелі їх полярність. 6.2. Диференційні опори нелінійних резисторів визначаються шляхом графічного диференціювання наближено, тобто Rд = (dU/dI - ∆U/∆І, де ∆U і ∆І - прирости напруги та струму на вольтамперній характеристиці нелінійного резистора. 6.3. При виконанні п. 5.7 до активного двополюсника віднести лінійний резистор R3 і джерело напруги. 6.4. Внутрішній опір джерела напруги блока живлення прийняти рівним нулю. 7. Контрольні запитання 7.1. Які елементи електричного кола називають нелінійними? 7.2. Як визначити статичний опір нелінійного резистора? 7.3. Як визначити диференційний опір нелінійного резистора? 7.4. Чому для розрахунку нелінійних електричних кіл не правомірно використовувати метод накладання (суперпозиції)? 7.5. В яких випадках при аналізі електричних кіл використовуються статичні опори, а в яких - диференційні? 7.6. В чому полягає суть методу еквівалентного генератора при розрахунку електричного кола з одним нелінійним елементом? 7.7. Чи можна використовувати графічні методи розрахунку при сполученні "зіркою" та "трикутником" нелінійних резисторів?