Зависимость КПД цепи от сопротивления нагрузки

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ
МОСКОВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СВЯЗИ И ИНФОРМАТИКИ (МТУСИ)
Кафедра теории электрических цепей
Лабораторная работа № 3
Исследование на ЭВМ характеристик источников тока
Стенд № 1
Выполнил студент группы ЗС.05.02 ОТФ-2
_______________ И.И. Иванов
Москва 2006
Цель работы:
С помощью программы Micro-Cap получить внешние характеристики
независимого источника тока. Познакомиться с зависимыми источниками.
2
1 Независимый источник тока
Схема 1.
Исходные данные:
J=7,5 мА – ток источника постоянного тока;
r=320 Ом – внутреннее сопротивление источника
постоянного тока;
RH=0, 10, 20, 40, 80, 160, 320, 640, 1280, 2560 и
5000 Ом – сопротивление нагрузки.
I =J/(1+RH/r)=f(RH) – ток в нагрузке от сопротивления нагрузки RH.
UH =I RH=f(RH) – падения напряжения на нагрузке от сопротивления нагрузки RH;
РИСТ =J UH=f(RH) – мощность источника от сопротивления нагрузки RH;
Рr=UH2/r =f(RH) – мощность, выделяемая на внутреннем сопротивлении источника от
сопротивления нагрузки RH;
РН =I2 RH =f(RH) – мощность, выделяемая на нагрузке от сопротивления нагрузки
RH;
η =100%(РН / РИ) =f(RH) – коэффициент полезного действия (КПД) цепи от
сопротивления
нагрузки RH;
3
Таблица 1
По предварительному расчету
R н,
I,
Uн,
Pист,
Pr,
P н,
,
Ом
А
В
Вт
Вт
Вт
%
0
7.5*10-6
0
0
0
0
10
7.2727*10-6 7.2727*10-5 5.4545*10-10 1.6529*10-11 5.2893*10-10 96.97
20
7.0588*10-6 0.0001
1.0588*10-9
6.2284*10-11 9.9654*10-10 94.118
40
6.6667*10-6 0.0003
2*10-9
2.2222*10-10 1.7777*10-9
88.889
80
6*10-6
0.0005
3.6*10-9
7.2*10-10
2.88*10-9
80
320
3.75*10-6
0.0012
9*10-9
4.5*10-9
4.5*10-9
50
0.0019
1.44*10-8
1.152*10-8
2.88*10-9
20
2560 8.3333*10-7 0.0021
1.6*10-8
1.4222*10-8
1.7778*10-9
11.111
5000 4.5113*10-7 0.0023
1.6917*10-8
1.59*10-8
1.0176*10-9
6.015
1280 1.5*10-6
Получено экспериментально
R н,
I,
Uн,
Pист,
Pr,
P н,
,
Ом
А
В
Вт
Вт
Вт
%
0
7.477*10-6
0
0
0
10
20
40
80
320
1280
2560
5000
7.273*10-6
7.059*10-6
6.667*10-6
6*10-6
3.75*10-6
1.5*10-6
0
7.3*10-5
1.41*10-4
2.67*10-4
4.8*10-4
1.2*10-3
1.92*10-3
0.833*10-7 2.133*10-3
0.452*10-7 2.256*10-3
-10
1.6*10
-11
1.059*10
6.2*10
-11
2*10-9
2.222*10-10
5.45*10
-9
-9
100
-10
5.29*10
96.97
-10
9.96*10
94.118
1.778*10-9
7.2*10
-10
9*10
4.5*10
-9
1.44*10-8
1.152*10-8
1.6*10-8
1.4222*10-8 1.7778*10-9
3.6*10
-9
1.6917*10
-8
1.59*10
4
-8
88.889
-9
2.88*10
80
-9
4.5*10
50
2.88*10-9
20
11.111
1.018*10
-9
6.015
1.1 Предварительные расчеты
Зависимость тока в нагрузке от сопротивления нагрузки RH
7.510
 68
10 6
7 10
6
6 10
6
5 10
6
f( x) 4 10 6
4.51110
3 10
6
2 10
6
1 10
6
7
0
0
500
1000
1500
2000
2500
0
x
5
3000
3500
4000
4500
5000
3
510
Зависимость падения напряжения на нагрузке от RH
2.25510
3
0.002
0.0015
f1( x)
0.001
5 10
0
4
0
0
500
1000
1500
2000
2500
0
x
6
3000
3500
4000
4500
5000
3
4.9610
Зависимость мощности источника от сопротивления нагрузки.
1.69110
 81.8
10 8
1.6 10
8
1.4 10
8
1.2 10
8
1 10
8
8 10
9
6 10
9
4 10
9
2 10
9
f2( x)
0
0
0
500
1000
1500
2000
0
2500
x
7
3000
3500
4000
4500
5000
3
4.9610
Зависимость мощности выделяемой на внутреннем сопротивлении источника
от сопротивления нагрузки.
1.58810
 81.6
10 8
1.4 10
8
1.2 10
8
1 10
8
f3( x) 8 10 9
6 10
9
4 10
9
2 10
9
0
0
0
500
1000
1500
2000
0
2500
x
8
3000
3500
4000
4500
5000
3
4.9610
Зависимость мощности выделяемой на нагрузке от сопротивления нагрузки.
 94.5
4.510
10 9
4 10
9
3.5 10
9
3 10
9
2.5 10
9
f4( x)
2 10
9
1.5 10
9
1 10
9
5 10
10
0
0
0
500
1000
1500
2000
2500
0
x
9
3000
3500
4000
4500
5000
4.9610
3
Зависимость КПД цепи от сопротивления нагрузки.
96.97
100
80
60
f5( x)
40
20
0
0
0
500
1000
1500
2000
2500
0
x
10
3000
3500
4000
4500
5000
3
510
1.2 Расчеты на ЭВМ
Зависимость тока от сопротивления нагрузки
Зависимость напряжения от сопротивления нагрузки
11
Зависимость мощности источника от сопротивления нагрузки
Зависимость мощности выделяемой на внутреннем сопротивлении источника
от сопротивления нагрузки
12
Зависимость мощности выделяемой на нагрузке от сопротивления нагрузки
Зависимость КПД цепи от сопротивления нагрузки
13
2 Зависимый источник. ИТУН
Схема 2.
S=3 А/В – крутизна управления,
управляющее напряжение u(t)=2sin(2πft),
f=2 кГц
RH 100 Ом и 200 Ом – сопротивление нагрузки
Таблица 2
По предварительному расчету
RH,
S,
Ом
Um,
ЭВМ
Jm,
Jm,
A/B
B
A
В
100
3
2
6
6
200
3
2
6
6
14
Зависимость тока на нагрузке и управляющего напряжения от времени
15
3 Вопросы для самопроверки:
1. Какой источник называется источником тока. Приведите примеры
независимых и зависимых источников.
Источник тока - это устройство, в котором происходит разделение
электрических зарядов под действием сторонних сил.
Источник тока обозначается кружком с двойной стрелкой и разрывом внутри.
Независимый источник тока – сосредоточенный двухполюсный элемент с
заданной величиной тока, который не зависит от параметров цепи, подключенной к
нему (не зависит от нагрузки), и с неопределенным зависящим от нагрузки
напряжением.
Зависимые источники тока содержат идеальный источник тока, ток которых
зависит от напряжения или тока в каком-либо другом месте электрической цепи.
Существует два типа зависимых источников тока: источник тока, управляемый
напряжением и источник тока, управляемый током.
2. Режимы работы источника ЭДС.
Режим, при котором ток равен нулю (I=0), называется режимом холостого хода, в
этом случае Uн = Uх = Jr. Физически это равносильно отключению нагрузки (Rн=).
Режим, при котором напряжение равно нулю (Uн=0) называется режимом
короткого замыкания (Rн=0). В этом случае ток достигает своего максимального
значения I=Iк=J.
Если положить внутреннее сопротивление источника тока равным
бесконечность (r=), то нагрузочная характеристика не будет зависеть от
напряжения на нагрузке I=J. В этом случае источник тока называется идеальным.
3. Чему равно падение напряжения на нагрузке UH при RH = r?
При Rн = r Uн = J*Rн/2
4. Чему равна мощность выделяемая на внутреннем сопротивлении
источника Pr при RH = r?
При RH = r Pr = Pист/2
5. Чему равен КПД при RH=r?
При RH = r КПД = 50%.
16