Обозначения и свойства конденсаторов и катушек индуктивности

Таблица 4

Элемент	Зависимость тока от напряжения	Зависимость напряжения от тока	Зависимость для накопленной энергии	Общее обозначение для всех стандартов
Конденсатор С
Катушка индуктивности L

3.2. Приборы и вспомогательные элементы

3.2.1. Амперметры

3.2.2. Вольтметры

3.2.3. Осциллограф

3.2.4. Блок ваттметра (описан в Приложении 2)

3.2.5. Ключи, управляемые с клавиатуры

3.2.6. Умножитель напря­жений

3.2.7. Блок источника ЭДС с заданной формой вы­ходного напряжения

3.2.8. Блоки источников тока с заданной формой выходного тока

 

3.3. Порядок проведения экспериментов

Эксперимент 1. Идеальный источник постоянной ЭДС

а) Снятие вольт-амперных характеристик с помощью амперметра и вольтметра.

Соберите цепь согласно схеме на рис.2 (верхняя часть). Подключите идеальный источник постоян­ной ЭДС на систему из несколь­ких нагрузочных резисторов. Размыкая и замыкая пере­мычки у резисторов и измеряя ток и напряжение, заполните таблицу в разделе "Результаты экспериментов". Постройте внешние характеристи­ки идеальных источников ЭДС.

б)Снятие вольт-амперных характеристик с помощью осциллографа.

Автоматизировать процесс снятия внешней вольт-амперной характеристики идеальное источника ЭДС можно с помощью осциллографа, работающего в режиме характериограф; (рис.2, нижняя часть). В этом случае дополнительный источник синусоидального напряжения обеспечивает протекание различных значений тока через источник идеальной ЭДС, внешняя характеристика изображается непосредственно на экране. Снимите характеристики всех источников ЭДС нижней схемы рис.2 этим методом и зарисуйте их на экране осциллографа, изображенном в разделе "Результаты экспериментов". С методикой измерения Bы можете ознакомиться по Приложению 2.

Рис.2

Эксперимент 2. Идеальный источник постоянного тока.

а)Снятие вольт-амперных характеристик с помощью амперметра и вольтметра.

Соберите цепь согласно схеме на рис.3 (верхняя часть). Подключите идеальный источник постоян­ного тока на систему из не­скольких нагрузочных резис­торов. Размыкая и замыкая пе­ремычки у резисторов и изме­ряя ток и напряжение, запол­ните таблицу в разделе "Ре­зультаты экспериментов". По­стройте внешнюю характери­стику идеального источника тока.

б)Снятие вольт-амперных характеристик с помощью осциллографа.

Для схемы (рис.3, нижняя часть) снимите характери­стики и зарисуйте их на экра­не осциллографа, изображен­ном в разделе "Результаты экспериментов".

 

Рис.3

 

Эксперимент 3. Зависимые источники ЭДС, управляе­мые напряжением

а) Снятие вольт-амперных характеристик с помощью амперметра и вольтметра.

Соберите цепь согласно схеме на рис.4 (верхняя часть). Подключая цепь управления источника к различным источникам ЭДС, размыкая и замыкая перемычки нагрузки и измеряя ток и напряжение, заполните таблицы в разделе "Результаты экспериментов". Постройте ха­рактеристики источника.

б) Снятие вольт-амперных характеристик с помощью осциллографа.

Для схемы (рис.4, нижняя часть) снимите характеристики и зарисуйте их на экране ос­циллографа, изображенном в разделе "Результаты экспериментов".

Рис.4

Эксперимент 4. Зависимые источники тока, управляемые напряжением

а)Снятие вольт-амперных характеристик с помощью амперметра и вольтметра.

Соберите цепь согласно схеме на рис.5 (верхняя часть). Под­ключая цепь управления ис­точника к различным источ­никам ЭДС, заполните табли­цы в разделе "Результаты экспериментов" и постройте внешние характеристики источника.

б)Снятие вольт-ампер­ных характеристик с помощью осциллографа.

Для схемы (рис.5, нижняя часть) снимите характери­стики и зарисуйте их на эк­ране осциллографа, изобра­женном в разделе "Резуль­таты экспериментов"

Эксперимент 5. Зависимые источники ЭДС, управляе­мые током (1)

а) Снятие вольт-амперных характеристик с помощью амперметра и вольтметра.

Соберите цепь согласно схеме на рис.6 (верхняя часть). Для выбран­ного входного тока источника, размыкая и замыкая перемыч­ки нагрузки и измеряя ток и напряжение, заполните табли­цы в разделе "Результаты экс­периментов" и постройте внешние характеристики ис­точника при различных вели­чинах входного тока.

б) Снятие вольт-амперных характеристик с помощью осциллографа.

Для схемы (рис.6, нижняя часть) снимите характеристики и зарисуйте их на экране ос­циллографа, изображенном в разделе "Результаты экспериментов".

Рис.5

Рис.6

Эксперимент 6. Зависимые источники тока, управляемые током

а) Снятие вольт-амперных характеристик с помощью амперметра и вольтметра.

Соберите цепь согласно схеме на рис.7 (верхняя часть). Подключая цепь управления источни­ка к различным источникам тока, размыкая и замыкая перемычки нагрузки и изме­ряя ток и напряжение, за­полните таблицы в разделе "Результаты эксперимен­тов" и постройте характе­ристики источника.

б) Снятие вольт-амперных характеристик с помощью осциллографа.

Для схемы (рис.7, нижняя часть) снимите характери­стики и зарисуйте их на эк­ране осциллографа, изобра­женном в разделе "Резуль­таты экспериментов".

Рис.7

 

Эксперимент 7. Вольт-амперные характери­стики резистора

 

а) Снятие вольт-амперных характеристик с помощью амперметра и вольтметра.

Соберите цепь согласно схеме на рис.2 (верхняя часть). Ус­тановите номиналы сопро­тивлений для любых двух резисторов в 100 и 200 Ом. Снимите вольт-амперную ха­рактеристику поочередно для каждого из сопротив­лений, используя амперметр и вольтметр и подключая к этим резисторам различные источники ЭДС. Постройте вольт-амперные характеристики резисторов в разделе "Результаты экспериментов".

б) Снятие вольт-амперных характеристик с помощью осциллографа.

Соберите цепь согласно схеме на рис.8. Получите те же характеристики, используя осцилло­граф в режиме характериографа. Характеристика первого сопротивления снимается при запуске программы вычислений, второго - при переключении ключа Space. Вычислите значения сопротивлений по вольт-амперным характеристикам.

 

Рис.8

 

Эксперимент 8. Внешние характеристики неидеальных источников тока и ЭДС

 

а) Снятие вольт-амперных характеристик с помощью амперметра и вольтметра.

Соберите цепь согласно схеме на рис.9 (верхняя часть). Снимите внешние характеристики не­идеальных источников с по­мощью вольтметра и ампер­метра, изменяя нагрузочное сопротивление. Заполните таблицу в разделе "Резуль­таты экспериментов" и по­стройте внешние характери­стики источников.

б)Снятие вольт-амперных характеристик с помощью осциллографа.

Для схемы (рис.9, нижняя часть) снимите характеристики и зарисуйте их на экране осциллографа, изображен­ном в разделе "Результаты экспериментов".

 

 

Рис.9

 

Эксперимент 9. Исследование процессов в катушке индуктивности

 

Соотношения между током и напряжением в катушке индуктивности исследуются при подаче последовательности разнополярных прямоугольных импульсов напряжения

Соберите цепь согласно схеме на рис.10. Получите осциллограммы тока и напряжения на ка­тушке индуктивности. Зарисуйте их в разделе "Результаты экспериментов". Из осцилло­грамм определите величину индуктивности, используя формулы из табл.4.

Рис.10

Эксперимент 10. Исследование процессов в конденсаторе.

 

Соотношения между током и напряжением в конденсаторе исследуются при подаче по­следовательности разнополярных прямоугольных импульсов тока.

Соберите цепь согласно схеме на рис.11. Получите осциллограммы тока и напряжения на конденсаторе. Зарисуйте их в разделе "Результаты экспериментов". Из осциллограмм опре­делите величину емкости конденсатора, используя формулы из табл.4.

Рис.11

Отчет

Отчет должен содержать:

4.1. Все пункты задания и схемы подключения к приборам исследуемых цепей.

4.2. Расчет исследуемых цепей.

4.3. Эпюры напряжений на входе и выходе цепей и измеренные параметры сигналов.

Эксперимент 1. Идеальный источник постоянной ЭДС

а) Снятие вольт-амперных характеристик с помощью амперметра и вольтметра

 

Сопротивление, Ом	0.1	1.0	10.0
Ток источника El, A
Напряжение на Е1, В
Ток источника Е2, А
Напряжение на Е2, В
Ток источника ЕЗ, А
Напряжение на ЕЗ, В
Ток источника Е4, А
Напряжение на Е4, В

б) Снятие вольт-амперных характеристик с помощью осциллографа

Семейство характеристик

 

 

Эксперимент 2. Идеальные источники постоянного тока.

а) Снятие вольт-амперных характеристик с помощью амперметра и вольтметра

 

 

Сопротивление, Ом	0.1	1.0	10.0
Ток источника Л, А
Напряжение на Л, В
Ток источника J2, А
Напряжение на J2, В
Ток источника J3, А
Напряжение на J3, В
Ток источника J4, А
Напряжение на J4, В

б) Снятие вольт-амперных характеристик с помощью осциллографа

Семейство характеристик

 

Эксперимент 3. Зависимые источники ЭДС, управляемые напряжением

а) Снятие вольт-амперных характеристик с помощью амперметра и вольтметра

 

Сопротивление, Ом	Uynp, В	0.1	1.0	10.0
Ток источника, А
Напряжение, В
Ток источника, А
Напряжение, В
Ток источника, А	-12
Напряжение, В
Ток источника, А
Напряжение, В

 

б) Снятие вольт-амперных характеристик с помощью осциллографа

Семейство характеристик

 

Эксперимент 4. Зависимые источники тока, управляемые напряжением

 

а) Снятие вольт-амперных характеристик с помощью амперметра и вольтметра

 

Сопротивление, Ом	Uynp, В	0.1	1.0	10.0
Ток источника, А
Напряжение, В
Ток источника, А
Напряжение, В
Ток источника, А	-12
Напряжение, В
Ток источника, А	О
Напряжение, В

б) Снятие вольт-амперных характеристик с помощью осциллографа

Семейство характеристик

Эксперимент 5. Зависимые источники ЭДС, управляемые током

 

а) Снятие вольт-амперных характеристик с помощью амперметра и вольтметра

Сопротивление, Ом	Аупр, А	0.1	1.0	10.0
Ток источника, А	0.1
Напряжение, В
Ток источника, А
Напряжение, В
Ток источника, А	-1
Напряжение, В
Ток источника, А	-15
Напряжение, В

 

б) Снятие вольт-амперных характеристик с помощью осциллографа

Семейство характеристик

Эксперимент 6. Зависимые источники тока, управляемые током

 

а) Снятие вольт-амперных характеристик с помощью амперметра и вольтметра

Сопротивление, Ом	Аупр, А.	0.1	1.0	10.0
Ток источника, А	0.1
Напряжение, В
Ток источника, А
Напряжение, В
Ток источника, А	-1
Напряжение, В
Ток источника, А	-15
Напряжение, В

б) Снятие вольт-амперных характеристик с помощью осциллографа

Семейство характеристик

Эксперимент 7. Вольт-амперные характеристики резисторов

 

а) Снятие вольт-амперных характеристик с помощью осциллографа

 

^{Расчет по результатам измерений}

Сопротивление первого резистора ______________________

^{Расчет по результатам измерений}

Сопротивление второго резистора ________________________

Семейство характеристик

 

Эксперимент 8. Внешние характеристики неидеальных источников тока и ЭДС

 

а) Снятие вольт-амперных характеристик с помощью амперметра и вольтметра

 

Сопротивление, Ом	0.1	1.0	10.0
Ток источника Е, А
Напряжение на Е, В
Ток источника El, A
Напряжение на EI, В

б) Снятие вольт-амперных характеристик с помощью осциллографа

Семейство характеристик

Внутреннее сопротивление ^{Измерение}

неидеального источника ЭДС _______________________

Внутреннее сопротивление

неидеального источника тока _______________________

Напряжение холостого хода

неидеального источника ЭДС _______________________

Ток короткого замыкания

неидеального источника тока _______________________

 

Эксперимент 9. Исследование процессов в катушке индуктивности

Формула для расчета индуктивности ______________________

 

 

Осциллограмма тока и напряжения на индуктивности

 

^{Значения параметров Измерение}

Напряжение на катушке, В _______________________

Время действия напряжения, с_______________________

Приращение тока, А _______________________

Индуктивность, Гн _______________________

Эксперимент 10. Исследование процессов в конденсаторе.

Формула для расчета индуктивности

 

Осциллограмма тока и напряжения на индуктивности

 

^{Значения параметров Измерение}

 

Ток через конденсатор, А _______________________

Время прохождения тока, с _______________________

Приращения напряжения, В _______________________

_{Расчет по результатам измерений}

Емкость, Ф _______________________

 

 

Контрольные вопросы

5.1. Перечислите все возможные типы источников ЭДС, имеющиеся в программе Electronics Workbench. Каковы их свойства и условные обозначения?

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

5.3. Перечислите все возможные типы источников тока, имеющиеся в программе Electronics Workbench. Каковы их свойства и условные обозначения?

5.4. Чему равно внутреннее сопротивление идеального источника тока и как его опреде­лить?

5.5. Чем отличаются неидеальные источники энергии от идеальных?

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

5.7. Представьте все возможные виды вольт-амперных характеристик исследованных ак­тивных и пассивных двухполюсников. В чем их различия?

5.8. К идеальной катушке индуктивности с нулевым начальным значением тока подклю­чается идеальный источник постоянной ЭДС. Как из графика тока в катушке опреде­лить величину индуктивности?

5.9. К идеальной катушке индуктивности с ненулевым начальным значением тока под­ключается идеальный источник постоянной ЭДС. Как будет изменяться график при изменении величины начального тока?

5.10. К идеальной катушке индуктивности с нулевым начальным значением тока подклю­чается идеальный источник синусоидальной ЭДС. Нарисуйте временные зависимости тока в индуктивности при различных начальных фазах подключения источника ЭДС.

5.11. К идеальному конденсатору с нулевым начальным напряжением подключается источ­ник постоянного тока. Как из графика напряжения на конденсаторе определить вели­чину его емкости?

5.12. К идеальному конденсатору с ненулевым начальным напряжением подключается ис­точник постоянного тока. Нарисуйте временные зависимости напряжения на конден­саторе при различных значениях начального напряжения.

5.13. К идеальному конденсатору с нулевым начальным значением напряжения под­ключается идеальный источник синусоидального тока. Нарисуйте временные за­висимости напряжения на конденсаторе при различных начальных фазах под­ключения источника тока.

 

Литература

6.1. Каяцкас А.А. Основы радиоэлектроники: - М.: Высш.шк.,1988.-464с.

6.2. Манаев Е.И. Основы радиоэлектроники: Учеб.пособ.-3-изд.-М.: Радио и связь, 1990.-511с.

6.3. Электротехника и электроника в экспериментах и упражнениях: Практикум на Electronics Workbench: В 2 т./Под общей ред. Д.И.Панфилова. –М.: ДОДЕКА,2000.-288с.

6.4. Шанаев О.Т. Система моделирования Electronics WorkBench. –Алматы, 2003. –250 с.

6.5. Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. Программа Electronics Workbench и ее применение. -М.:"Салон-Р", - 1999. -506 с.

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 1