До ланцюга підведена напруга U, і вона дорівнює сумі падінь напруг на НС1 і НС2:
U (I) = U1 (I) + U2 (I). (2.1)
По всьому ланцюгу протікає один і той же струм I, оскільки НС1 і НС2 сполучені між собою послідовно. Для визначення струму в ЭЦ потрібно побудувати результуючу ВАХ ланцюга. Для побудови цієї характеристики слід підсумовувати абсциси кривих 1 і 2 (аг = ав + аб), відповідні одним і тим же значенням струму (рис. 2.3). Далі, задаючись довільним значенням струму можна побудувати ВАХ всього ланцюга (рис. 3.3, крива 3). Потім, користуючись цією ВАХ, можна знайти струм всього ланцюга і напруги на резисторах НС1 и НС2. Для цього відкладемо на осі абсцис відрізок ОР і проведемо з точки р пряму (паралельну осі ординат або перпендикулярну осі абсцис) до перетину з кривою 3. Так одержимо відрізок nр = ко= I. (сила струму всього ланцюга). Для знайденого струму по ВАХ 1 і ВАХ 2 знаходимо напруги U1 і U2:
U1 = кd; U2 = кс.
При паралельному з'єднанні двох НЕ (рис. 2.4) струм в нерозгалуженій частині ЭЛ рівний сумі струмів окремих гілок.
Тому при побудові результуючої ВАХ всього ланцюга слід підсумовувати ординати графіків 1 і 2 (рис. 3.5), відповідні одним і тим же значенням напруги, оскільки до цього НЕ прикладена одна і та ж напруга, яка дорівнює напрузі зовнішньої мережі, тобто джерела живлення.
Наприклад, для довільного значення напруги U = oа знаходимо ординату аг крапки для результуючої кривої 3:
аг = ав + аб.
Далі, задаючись довільним значенням напруги, можна побудувати ВАХ всього ланцюга, рис. 2.5, (кривая 3). Потім, користуючись ВАХ, можна при будь-якому значенні прикладеної напруги U (відрізок ор) знайти величину загального струму I (рn = ок). Це напруга U також визначає значення струмів I1 і I2 у окремих гілках.
У разі змішаного з'єднання НЕ (рис. 3.5).
У разі змішаного з'єднання НЭ (рис. 3.6), розрахунок ланцюга проводять в наступному порядку:
1. Паралельно з’єднані НЕ (НС1 і НС2) замінюють одним еквівалентним нелінійним опором НС з ВАХ 4 (рис. 3.7), яка одержана шляхом підсумовування кривих 1 і 2 по напрузі, тобто так само, як і у разі паралельних з'єднань двох НЕ.
2. Для отримання послідовного ланцюга будують результуючу ВАХ 5 шляхом підсумовування кривих 3 і 4 по струму, тобто так само, як і при послідовному з'єднанні двох нелінійних НЕ.
3. По результуючій ВАХ 5 визначають для заданого значення загальної напруги величину струму I3 у нерозгалуженій частині ланцюга.
4. Струм I3 визначає напругу U3 і Uаб, а напруга Uаб, дозволяє по графіках 1 і 2 визначити струми I1 і I2 у гілках НС1 і НС2.
2.4 Порядок виконання роботи
1. Зібрати у програмі Electronics Workbench схему для дослідження режимів роботи ланцюга, що містить нелінійні елементи (відповідно до рис. 2.1). Нелінійні елементи що входять в досліджуваний ланцюг і величину резистора R1 вибираються згідно варіантам таблиці 2.1. номер варіанту для конкретного студента визначає викладач який проводить лабораторні роботи.
Таблиця 3.1 – параметри досліджуваного ланцюга
| № варианта | Номера нелинейных элементов | Номинал резистора R1, Ом | |
| NE1 | NE2 | ||
| 1 | NE1 | NE4 | 150 |
| 2 | NE2 | NE5 | 5 |
| 3 | NE3 | NE5 | 100 |
| 4 | NE9 | NE7 | 100 |
| 5 | NE10 | NE8 | 100 |
| 6 | NE1 | NE8 | 150 |
| 7 | NE2 | NE7 | 150 |
| 8 | NE3 | NE6 | 150 |
| 9 | NE9 | NE5 | 150 |
| 10 | NE10 | NE4 | 15 |
2. у окремому вікні зібрати схему для дослідження ВАХ нелінійних елементів тих, що входять в досліджуваний ланцюг (рис 3.8). Встановити напругу джерела Е1 рівним 0,1В.
3. Включити схему, за допомогою перемикача, або натиснувши на клавіатурі Ctrl+G. Дочекатися стабільних показань вимірювальних приладів і записати показання вимірювальних приладів у таблицю 3.2. Вимкнути схему, натиснувши на клавіатурі Ctrl+Т.
таблиця 3.2 – результати вимірів окремих точок ВАХ НЕ
| Напряжение источника Е1, В | Нелинейный элемент NE1 | Нелинейный элемент NE2 | ||
| Показания вольтметра V1, В | Показания амперметра A1, А | Показания вольтметра V1, В | Показания амперметра A1, А | |
| 0,1 | ||||
| 1 | ||||
| 2 | ||||
| 3 | ||||
| 4 | ||||
| 5 | ||||
| 6 | ||||
| 7 | ||||
| 8 | ||||
| 9 | ||||
| 10 | ||||
4. змінюючи напругу джерела Е1 ступенями через 1В, до величини 10В, зняти крапки ВАХ використовуваних НЕ. Результати вимірювань занести в таблицю 3.2.
5. Побудувати ВАХ використовуваних НЕ на одному графіку. На тому ж графіку побудувати ВАХ резистора R1.
6. Розрахувати (теоретично) і побудувати загальну ВАХ досліджуваного ланцюга на тому ж графіку де будувалися ВАХ окремих елементів. Дані розрахунків занести в таблицю 2.3.
7. повернутися у вікно програми Electronics Workbench де построєна досліджувана схема. Встановити напругу джерела Е1 рівним 0,1В.
8. Включити схему за допомогою перемикача, або натиснувши на клавіатурі Ctrl+G. Дочекатися стабільних показань вимірювальних приладів і записати показання вимірювальних приладів у таблицю 3.3. Вимкнути схему, натиснувши на клавіатурі Ctrl+Ті.
9. Послідовно збільшувати величину напруги джерела Е1 до 10В, шагом 1В, фіксуючи при цьому показання вимірювальних приладів і заносячи їх в таблицю 3.3.
10. за наслідками вимірювань побудувати ВАХ досліджуваного ланцюга і порівняти її з розрахованою.
Таблиця 3.3 – Результати досліджень робочого режиму
| Напруга джерела Е1, В | Розрахункові дані | Експериментальні дані | ||||||
| Свідчення вольтметра V1, В | Свідчення амперметра A1, А | Свідчення амперметра A2, А | Свідчення амперметра A3, А | Свідчення вольтметра V1, В | Свідчення амперметра A1, А | Свідчення амперметра A2, А | Свідчення амперметра A2, А | |
| 0,1 | ||||||||
| 1 | ||||||||
| 2 | ||||||||
| 3 | ||||||||
| 4 | ||||||||
| 5 | ||||||||
| 6 | ||||||||
| 7 | ||||||||
| 8 | ||||||||
| 9 | ||||||||
| 10 | ||||||||
2.5 Зміст звіту
До звіту заносять:
- тему та мету роботи;
- принципову схему електричного кола, яке аналізується;
- результати вимірювання струмів та напруг на окремих ділянках досліджуваного кола;
- результати розрахунку (з урахуваням похибок) ВАХ нелінійних елементів і ланцюга в цілому;
- графіки ВАХ нелінійних елементів і ланцюга в цілому:
- висновки по роботі.
2.6 Контрольні питання
1. Які елементи і ланцюги називаються нелінійними?
2. чи відноситься резистор до нелінійних елементів?
3. Нарисуйте вигляд ВАХ напівпровідникового діода.
4. Нарисуйте вигляд ВАХ лампи розжарювання.
5. Намалюйте вигляд ВАХ напівпровідникового стабілітрона.
6. Які етапи необхідно виконати, щоб графічно розрахувати нелінійний ланцюг із змішаним з'єднанням НЕ?
ДОСЛІДЖЕННЯ ЛАНЦЮГІВ, ЩО МІСТЯТЬ несиметричні нелінійні ЕЛЕМЕНТИ
3.1. Мета роботи:
Дослідження ланцюгів, що містять несиметричні нелінійні елементи, у колах з синусоїдальними сигналами. Експериментальне підтвердження здатності нелінійних елементів випрямляти змінний електричний струм. Проведення порівняльного аналізу різних схем випрямлячів.
3.2 Зміст роботи:
- провести дослідження характеристик різних схем випрямлячів, відповідно до порядку виконання роботи;
- побудувати необхідні осцилограми струмів і напруг, провести розрахунок вказаних величин;
- зробити висновки за результатами роботи.
3.3 Теоретичні відомості
Аналіз нелінійних ланцюгів при періодичних діях проводиться з урахуванням динамічних параметрів нелінійних елементів. У випадку якщо при цьому ставиться завдання визначити форму або гармонійний склад реакції ланцюга, то використовуються характеристики елементів для миттєвих значень.
При порівняно невисоких частотах змінних струмів і напруг динамічні характеристики нелінійних елементів практично співпадають з їх статичними характеристиками. Для випрямляння змінного електричного струму використовуються нелінійні без інерційні елементи з різко вираженою несиметричною вольт-амперною характеристикою (ВАХ) щодо початку координат. Такі елементи, які проводять струм тільки в одному напрямі, називаються електричними вентилями. До вентилів відносяться напівпровідникові і вакуумні діоди, тиристори, газонаповнені прилади і т.д. Вентилі діляться на керовані (тиристори, тиратрони) і некеровані (діоди, діністори).