Теорія електричних і електронних кіл (стр. 1 из 10)
Міністерство освіти і науки України
Запорізька державна інженерна академія
______________________________________
... Турба М.М.,
Юдачов А.В.,
ТЕОРІЯ ЕЛЕКТРИЧНИХ І ЕЛЕКТРОННИХ КІЛ, ч. II
Методичні вказівки до виконання лабораторного практикуму для студентів ЗДІА спеціальності 6.90804 «Фізична та біомедична електроніка» денної та заочної форм навчання
Запоріжжя
2007
Міністерство освіти і науки України
Запорізька державна інженерна академія
ТЕОРІЯ ЕЛЕКТРИЧНИХ І ЕЛЕКТРОННИХ КІЛ, ч. II
Методичні вказівки до виконання лабораторного практикуму для студентів ЗДІА спеціальності 6.90804 «Фізична та біомедична електроніка» денної та заочної форм навчання
Рекомендовано до видання
на засіданні кафедри ФБМЕ,
протокол № 15 від 01.06.07
Теорія електричних і електронних кіл, ч. II. Методичні вказівки до виконання лабораторного практикуму для студентів ЗДІА спеціальності 6.090804 «Фізична та біомедична електроніка»..денної та заочної форм навчання / Укл. Турба М.М., Юдачов А.В. – Запоріжжя, 2007 - 62 с
Методичні вказівки призначені для студентів спеціальності «Фізична та біомедична електроніка».для керівництва при виконанні лабораторного практикуму. Вказівки містять теоретичні відомості та перелік контрольних запитань.
Укладачі: М.М.Турба, професор
А.В. Юдачов, ст. викладач
Відповідальний за випуск: зав. кафедрою ФБМЕ
професор Є.Я. Швець
ЗМІСТ
ВСТУП
Лабораторна робота № 1 ДОСЛІДЖЕННЯ ПЕРЕХІДНИХ ПРОЦЕСІВ В ЛІНІЙНИХ ЛАНЦЮГАХ ПЕРШОГО ПОРЯДКУ (ДИФФЕРЕНЦІЮЮЧИ ТА ИНТЕГРУЮЧИ ЛАНЦЮГИ)
Лабораторна робота № 2 ДОСЛІДЖЕННЯ ПЕРЕХІДНИХ ПРОЦЕСІВ В ЛІНІЙНИХ ЛАНЦЮГАХ ДРУГОГО ПОРЯДКУ
Лабораторна робота №3 ДОСЛІДЖЕННЯ НЕЛІНІЙНИХ ЛАНЦЮГІВ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ
Лабораторна робота №4 ДОСЛІДЖЕННЯ ЛАНЦЮГІВ, ЩО МІСТЯТЬ НЕСИМЕТРИЧНІ НЕЛІНІЙНІ ЕЛЕМЕНТИ
Лабораторна робота № 5 ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ
Лабораторна робота № 8 Дослідження характеристик ліній з розподіленими параметрами
Згідно вимог освітньо-професійної програми за напрямком «Комп’ютерні науки» та робочої програми курсу “Теорія електричних і електронних кіл, ч. I» студенти напрямку 0908 «Електроніка» спеціальності 6.90804 «Фізична та біомедична електроніка» після вивчення зазначеної дисципліни повинні вміти провести аналіз і розрахунок електричних кіл постійного, змінного та трифазного струмів та опанувати навиками проведення вимірювань електричних величин, побудови і аналізу функціональних залежностей останніх.
З цією метою студентам пропонуються для самостійного виконання лабораторні роботи, поставлені на спеціальних стендах та змодельовані за допомогою навчальної програми Electronics Workbench на персональних комп’ютерах в комп’ютерному класі кафедри ФБМЕ.
Завдання лабораторного практикуму студенти виконують згідно варіантів, які визначаються відповідно до порядкового номеру в академічному журналі обліку успішності та відвідувань занять студентами групи.
Студент допускається до виконання чергової роботи практикуму після підтвердження (у формі комп’ютерного тестування) наявності необхідних знань теоретичного матеріалу та порядку виконання роботи.
Для зарахування виконаної лабораторної роботи студент повинен пред’явити викладачу і захистити індивідуальний звіт з виконаної роботи, обґрунтувавши отримані результати та побудовані функціональні залежності.
Згідно модульно-рейтингової системи організації навчального процесу у робочій навчальній програмі приведено розподіл максимальних балів рейтингу за усіма видами навчальної роботи з даної дисципліни. Лектор конкретизує (в залежності від запланованої кількості лабораторних робіт, виду індивідуальних завдань та ін.) розподіл рейтингових балів на поточний семестр, про що студентів інформують на початку семестру.
Звіти з лабораторного практикуму виконуються згідно з загальними правилами оформлення науково-технічних звітів і відповідно до вимог держстандартів і міжнародної системи одиниць СІ. Для написання чи віддрукування роботи використовуються аркуші паперу формату А4, діаграми та графіки розміщують на міліметровому або спеціально розлінованому папері. Зараховані роботи зберігаються на кафедрі упродовж навчального року.
дослідження перехідних процесів в лінійних ланцюгах першого порядку (дифференціюючи та интегруючи ланцюги)
1.1 Мета роботи:
експериментальне дослідження перехідного процесу в ланцюзі з послідовним з'єднанням RC- елементів та RL- елементів при включенні її в ланцюг постійного струму. Визначення параметрів електричного ланцюга по графіках перехідних процесів.
1.2 Зміст роботи:
для заданого електричного кола (рис.1.1):
- встановити задані (за варіантами) параметри елементів;
- скласти характеристичне рівняння та знайти його коріння;
- по результатам рішення визначити вид перехідного процесу в досліджуваному ланцюзі;
- провести необхідні вимірювання величин струмів та напруги (табл. 1.2);
- зарисувати епюри струмів та напруги на елементах досліджуваного ланцюга;
1.3 Теоретичні відомості:
Стрибкоподібна зміна стану ланцюга елементів, зокрема підключення або відключення ланцюга до джерела живлення, або стрибкоподібна зміна величин параметрів електричного ланцюга називається комутацією.
Закони комутації полягають в тому, що струм в індуктивності iL і напруги на ємності UC не змінюються стрибком у момент комутації:
Перший закон комутації застосовується до ланцюгів, що містять котушку індуктивності:
i (t = - 0) = i (t = + 0),
тобто, струм в котушці індуктивності не може змінитися стрибком; миттєвий струм в гілці з індуктивністю в перший момент перехідного періоду (при t = + 0) залишається таким же, яким він був в останню мить попереднього сталого режиму (при t = - 0).
Так, електричний стан ланцюга що містить котушку індуктивності у будь-який момент перехідного періоду характеризується рівнянням
U = U R + U L = iR + L(di/dt),
яке виражає баланс напруги в ланцюзі; звідси:
.Дане диференційне рівняння характеризує закон зміни струму в котушці після замикання перемикача Р у схемі рис.1.1. Так, при підключення котушки індуктивності до джерела постійної напруги струм у ланцюзі збільшується, але не миттєво; відповідний графік перехідного струму
Якщо припустити, що за наявності в ланцюзі опору R струм змінювався б по лінійному закону з найбільшою швидкістю (пряма iL), то сталої величини I він досяг би за найменший час t = τ. Цей проміжок часу є важливою характеристикою і називається постійною часу електричного ланцюга.
Постійну часу можна визначити графічно (рис.3.10), якщо провести дотичну Оа до кривої струму на початку координат і крапку а перетину дотичної з асимптотою спроектувати на вісь часу. Відрізок Оа' в масштабі часу і виразить постійну часу. Таку ж довжину має відрізок а'b', який можна одержати, якщо провести дотичну до кривої струму в будь-якій точці а1, знайти точку b перетину дотичної з асимптотою і спроектувати точки а1 і b на вісь часу.
Аналітичний вираз постійної часу:
τ = L/R,
тобто постійна часу визначається лише параметрами R і L даного ланцюга.
Вплив величини напруги і параметрів ланцюга на перехідний процес
Перехідний процес при включенні RL - ланцюга на постійну напругу U характеризують три показники: сталий струм, початкова швидкість зміни струму і постійна часу ланцюга; при цьому сталий струм і початкова швидкість зміни струму залежать від напруги, а постійна часу ланцюга, що характеризує тривалість перехідного процесу, від напруги не залежить (рис.3.11).
Відключення котушки індуктивності від джерела постійної напруги
Відключення приймачів електричної енергії від джерела або від мережі здійснюється розривом ланцюга в одній або декількох крапках. Зустрічаються випадки, коли елементи ланцюга, що мають велику індуктивність, при розриві ланцюга одночасно замикаються накоротко, або на розрядний опір.
При розмиканні електричного ланцюга з котушкою індуктивності (рис.1.4,а) у момент розриву ланцюга напруга між контактами вимикача В, що розходяться, різко збільшується від нуля до U+ U L. Швидкість зміни струму у момент розриву ланцюга
, тому величина 
може бути досить великою. Повітряний проміжок між контактами пробивається і утворюється іскра, за рахунок чого струм в ланцюзі зберігається якийсь час після початку розриву контактів.При великій потужності джерела іскровий розряд може перейти у дуговий; для гасіння електричної дуги вимикаючі апарати, як правило, забезпечуються дугогасильними пристосуваннями.
В деяких випадках (наприклад, при виключенні обмоток збудження електричних машин) напруга може досягати величин, небезпечних для ізоляції. Значного підвищення напруги можна уникнути, якщо одночасно з відключенням індуктивної котушки від джерела замкнути її на розрядний опір (рис.1.4,б).
Перехідний процес в замкнутому контурі «котушка–розрядний опір» відрізняється від процесу в ланцюзі рис.1.4,а тим, що швидкість зміни струму
залежить від параметрів ланцюга R і L.Після відключення ланцюга від джерела енергії (рис.1.4,б) в короткозамкнутому контурі, що утворився, струм не може зменшитися миттєво до нуля, а підтримується протягом перехідного періоду, поки енергія магнітного поля котушки не зменшиться до нуля (в активному опорі ланцюга R при цьому здійснюється необоротний процес перетворення електричної енергії у теплову).