Лабораторная работа №3 ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ Цель работы: экспериментальное определение вольтамперных характеристик нелинейных элементов.

Порядок выполнения:
1. На ПК запустить программу схемотехнического моделирования National Instuments Multisim версии 12 или выше.
Часть 1.
2. Для исследования инерционного нелинейного резистора собрать из элементов, входящих в библиотеку программы, схему, показанную на рис. 1. В качестве источника использовать источник синусоидального напряжения (AC_POWER) из группы элементов Источники (Sources), в качестве нагрузки цепи – резистор (RESISTOR) из группы Основные элементы (Basic).
В качестве измерительных приборов использовать мультиметры (Multimeter) а также двухканальный осциллограф (Oscilloscope) из меню Инструменты (Instruments) в правой части окна программы.
3. В меню параметров источника напряжения (двойной щелчок мышью по изображению источника) установить значение частоты напряжения источника, равное 50 Гц. В меню резисторов установить значения сопротивлений, указанные на рис. 1.
В меню мультиметров установить режим измерения переменных величин (пиктограмма ~). Мультиметр XMM1 установить в режим амперметра (А), мультиметр XMM2 - в режим вольтметра (V).
Клеммы осциллографа подключить так, как показано на рис.1.
В меню свойств провода (Net Properties) (двойной щелчок по проводу, присоединенному к каналу А осциллографа) установить синий цвет провода (Net color). Аналогично установить красным цвет провода, присоединенного к каналу В осциллографа. Мгновенное значение напряжения, приложенного к нелинейному элементу (канал В) тогда будет отображаться на осциллографе красным цветом, а ток (канал А - напряжение на резисторе 1 Ом численно равно току), протекающий через нелинейный элемент - синим цветом.
В меню нагрузки установить номинальное сопротивление (R) 30 Ом, что соответствует сопротивлению вольфрамовой нити лампы накаливания при номинальной температуре (TNOM) 20°С, и температурный коэффициент сопротивления (ТС1), равный для вольфрама 0,0041 1/°С.
Текущую температуру (TEMP) будем использовать в качестве переменного параметра, определяющего нелинейность данного резистора.
4. Запустить схему на моделирование с помощью переключателя (0–1) в верхнем правом углу окна программы.
5. Установить напряжения источника (Uвх) в соответствии с табл. 1, а также температуру резистора (TEMP), соответствующую этим уровням напряжения. Для каждого напряжения измерить показания всех приборов на схеме и занести их значения в табл. 1.
6. По закону Ома определить сопротивление исследуемого элемента для каждого режима работы цепи. Убедиться в нелинейности исследуемого резистора, сделать вывод о причинах нелинейности ВАХ.
7. Проанализировать картину, отображаемую на осциллографе. По данным осциллографа построить волновую диаграмму тока и напряжения при максимальном значении входного напряжения.
8. Построить динамическую ВАХ исследуемого резистора, а также зависимость Rнэ (Iнэ).

Часть 2
9. Для исследования безынерционного нелинейного резистора собрать схему, показанную на рис. 6.
В качестве нагрузки цепи использовать нелинейный безынерционный резистор (NON_IDEAL_RESISTOR) из библиотеки программы из группы Основные элементы (Basic -> NON_IDEAL_RLC). Остальные элементы схемы сформировать аналогично п. 2 и 3 лабораторной работы.
10. В меню исследуемого элемента установить следующие параметры: Модель зависимости (Core model type) - сопротивление, зависящее от уровня напряжения (Resistance=f(voltage)) Функциональная зависимость сопротивления (Resistance): if(abs(%V)>100,1,101-abs(%V)).
11. Запустить схему на моделирование с помощью переключателя (0–1) в верхнем правом углу окна программы.
12. Устанавливать напряжения источника (Uвх) от 0 до 100 В с шагом 10 В. Для каждого напряжения измерить показания всех приборов на схеме и занести их значения в табл. 2.
13. По закону Ома определить сопротивление исследуемого элемента для каждого режима работы цепи. Убедиться в нелинейности исследуемого элемента, сделать вывод о причинах нелинейности ВАХ.
13. По закону Ома определить сопротивление исследуемого элемента для каждого режима работы цепи. Убедиться в нелинейности исследуемого элемента, сделать вывод о причинах нелинейности ВАХ.
14. Проанализировать картину, отображаемую на осциллографе. По данным осциллографа построить волновую диаграмму тока и напряжения при входном значении напряжения, равном 70 В.
15. Построить динамическую ВАХ безынерционного нелинейного резистора, а также зависимость Rнэ (Iнэ).

Часть 3
16. Для исследования нелинейной катушки индуктивности собрать схему, показанную на рис. 11.
В качестве источника использовать источник синусоидального тока (AC_CURRENT) из группы элементов Источники (Sources).
В качестве нагрузки цепи использовать нелинейную индуктивность (NON_IDEAL_INDUCTOR) из библиотеки программы из группы Основные элементы (Basic -> NON_IDEAL_RLC), последовательно соединенная с резистором (RESISTOR) из группы Основные элементы (Basic).
Остальные элементы схемы формируются аналогично п. 2 и 3 лабораторной работы.
17. В меню исследуемого элемента (рис. 6) установить следующие параметры: Модель зависимости (Core model type) - индуктивность, зависящее от величины тока (Inductance=f(current)) Функциональная зависимость индуктивности (Inductance) задана таблично: table(%I,-5.1,2m,-5,5m,-3,70m,- 2,100m,2,100m,3,70m,5,5m,5.1,2m).
18. Запустить схему на моделирование с помощью переключателя (0–1) в верхнем правом углу окна программы.
19. Устанавливать ток источника (Iнэ) от 0 до 5,5 А с шагом 0,5 А. Необходимо обратить внимание, что в меню источника тока задается максимальное значение тока (Pk). Поэтому для получения действующего значения 4 А необходимо задать в меню источника амплитудное значение. Для каждого значения тока измерить показания всех приборов на схеме и занести их значения в табл. 3.
20. По закону Ома определить сопротивление исследуемого элемента для каждого режима работы цепи. Убедиться в нелинейности исследуемой катушки, сделать вывод о причинах нелинейности ВАХ.
21. Проанализировать картину, отображаемую на осциллографе. По данным осциллографа построить волновую диаграмму тока и напряжения при значении тока, равном 5 А.
22. Построить динамическую ВАХ катушки, а также зависимость Zнэ (Iнэ).
23. Сделать общий вывод по результатам выполнения лабораторной работы.


Контрольные вопросы
1. Какие элементы и электрические цепи называются нелинейными?
2. Какие Вы знаете классификации нелинейных элементов? Приведите примеры.
3. Что такое статические и дифференциальные параметры нелинейных элементов?
4. Для каких нелинейных элементов статические и динамические ВАХ имеют одинаковую форму, а для каких – различную?
5. В чём причина нелинейности лампы накаливания, катушки ферромагнитным сердечником?
6. Будет ли ток в лампе накаливания, нелинейной катушке синусоидальным, если к ним приложены синусоидальные напряжения высокой частоты?
7. В чем заключается графоаналитический метод расчета нелинейных цепей? Поясните отличие в методе расчета в зависимости от вида нелинейных элементов – инерционных и безынерционных

Подробное решение в WORD (18 страниц)+файл Multisim




Multisim

Предварительный просмотр