Электрические цепи постоянного тока

Руководство по выполнению базовых экспериментов

ЭЦПОТ.001 РБЭ (901)

Беглецов Н.Н., Галишников Ю.П., Сенигов П.Н. Электрические цепи постоянного тока. Руководство по выполнению базовых экспериментов. ЭЦПОТ.001 РБЭ (901) - Челябинск: ООО «Учебная техника», 2006. - 77 с.

Описаны отдельные компоненты комплектов типового лабораторного оборудования «Теория электрических цепей и основы электроники», «Теоретические основы электротехники» и «Электротехника и основы электроники», необходимые при проведении описанных в руководстве базовых экспериментов. Приведены электрические схемы соединений и порядок выполнения каждого эксперимента.

Руководство предназначено для использования при подготовке к проведению лабораторных работ в высших и средних профессиональных образовательных учреждениях.

ã ООО «Учебная техника», 2006

Содержание

Введение. 6

1. Описание комплекта типового лабораторного оборудования «Теоретические основы электротехники» 9

1.1. Общие сведения. 9

1.1.1. Компоновка оборудования. 9

1.1.2. Блок генераторов напряжений. 10

1.1.3. Наборная панель. 11

1.1.4. Набор миниблоков по теории электрических цепей и основам электроники. 12

1.1.5. Набор трансформаторов. 13

1.1.6. Блок мультиметров. 13

1.1.7. Ваттметр. 15

1.1.8. Набор миниблоков по теории электромагнитного поля. 15

1.1.9. Набор планшетов для моделирования электрических и магнитных полей. 19

1.1.10. Набор устройств для моделирования поверхностного эффекта и эффекта близости. 20

1.1.11. Коннектор. 21

1.1.12. Порядок работы с виртуальными амперметрами и вольтметрами. 22

1.1.13. Измерение сопротивлений, мощностей и углов сдвига фаз
с помощью виртуальных приборов. 23

1.1.14. Виртуальный осциллограф.. 25

1.1.15. Виртуальный псевдоаналоговый прибор. 27

1.1.16. Виртуальный прибор «Ключ». 28

1.2. Экспериментальная часть. 29

1.2. Электрическая цепь. 31

2.1. Общие сведения. 31

2.2. Экспериментальная часть. 32

3. Закон Ома. 33

3.1. Общие сведения. 33

3.2. Экспериментальная часть. 33

4. Цепи с резисторами.. 36

4.1. Введение. 36

4.2. Линейные резисторы.. 37

4.2.1. Общие сведения. 37

4.2.2. Экспериментальная часть. 37

4.3. Терморезисторы с отрицательным температурным коэффициентом (термисторы) 39

4.3.1. Общие сведения. 39

4.3.2. Экспериментальная часть. 39

4.4. Терморезисторы с положительным температурным коэффициентом.. 41

4.4.1. Общие сведения. 41

4.4.2. Экспериментальная часть. 41

4.5. Резисторы с зависимостью от напряжения (варисторы) 43

4.5.1. Общие сведения. 43

4.5.2. Экспериментальная часть. 43

4.6. Резисторы с зависимостью от освещенности (фоторезисторы) 45

4.6.1. Общие сведения. 45

4.6.2. Экспериментальная часть. 45

4.7. Последовательное соединение резисторов. 46

4.7.1. Общие сведения. 46

4.7.2. Экспериментальная часть. 46

4.8. Параллельное соединение резисторов. 48

4.8.1. Общие сведения. 48

4.8.2. Экспериментальная часть. 48

4.9. Цепь со смешанным последовательно-параллельным соединением резисторов. 50

4.9.1. Общие сведения. 50

4.9.2. Экспериментальная часть. 50

4.10. Делитель напряжения при работе вхолостую.. 52

4.10.1. Общие сведения. 52

4.10.2. Экспериментальная часть. 52

4.11. Делитель напряжения под нагрузкой. 54

4.11.1. Общие сведения. 54

4.11.2. Экспериментальная часть. 54

5. Эквивалентный источник напряжения (ЭДС) 56

5.1. Общие сведения. 56

5.2. Экспериментальная часть. 57

6. Последовательное соединение источников напряжения (ЭДС) 59

6.1. Общие сведения. 59

6.2. Экспериментальная часть. 60

7. Параллельное соединение источников напряжения (ЭДС) 61

7.1. Общие сведения. 61

7.2. Экспериментальная часть. 62

8. Электрическая мощность и работа. 64

8.1. Общие сведения. 64

8.2. Экспериментальная часть. 64

9. Коэффициент полезного действия электрической цепи.. 67

9.1. Общие сведения. 67

9.2. Экспериментальная часть. 67

10. Согласование источника и нагрузки по напряжению, току и мощности.. 69

10.1. Общие сведения. 69

10.2. Экспериментальная часть. 69

11. Процессы заряда и разряда конденсатора. 71

11.1 Общие сведения. 71

11.2. Экспериментальная часть. 72

12. Процессы включения под напряжение и короткого замыкания катушки индуктивности.. 74

12.1 Общие сведения. 74

12.2. Экспериментальная часть. 75

Литература. 77

Введение

Комплект типового лабораторного оборудования «Теория электрических цепей и основы электроники» предназначен для проведения лабораторного практикума по одноимённым разделам курсов «Теоретические основы электротехники», «Теория электрических цепей», «Электротехника и основы электроники», «Общая электротехника» и т.п. в профессиональных высших и средних учебных учреждениях.

Основными компонентами компьютеризованного варианта комплекта «Теория электрических цепей и основы электроники» являются:

· блок генераторов напряжений;

· наборная панель;

· набор миниблоков;

· набор трансформаторов;

· блок мультиметров;

· коннектор;

· соединительные провода и перемычки, питающие кабели.

….В «ручной» (т.е. некомпьютеризованный) вариант вместо коннектора входит

В зависимости от варианта исполнения в комплект может входить также либо лабораторный стол с выдвижными ящиками и рамой для установки оборудования (стендовый вариант), либо просто настольная рама, которая может быть установлена на любой стол (настольный вариант).

Эти же компоненты наряду с другими входят в комплект «Электротехника и основы электроники»

Комплект типового лабораторного оборудования «Теоретические основы электротехники», кроме перечисленных выше компонентов, содержит:

· дополнительный набор миниблоков для исследования электромагнитных полей;

· набор планшетов для моделирования электрических и магнитных полей;

· набор устройств для исследования поверхностного эффекта и эффекта близости.

В первой главе данного руководства описано устройство составных частей комплекта «Теоретические основы электротехники», даны рекомендации по их использованию и приведены некоторые технические характеристики. В последующих главах описаны базовые эксперименты по разделу «Электрические цепи постоянного тока».

Описание каждого эксперимента содержит

· Общие сведения,

· Экспериментальную часть.

Раздел «Общие сведения» содержит краткое введение в теорию соответствующего эксперимента. Для более глубокого изучения теоретического материала учащемуся следует обратиться к учебникам и компьютерным программам тестирования для проверки усвоения теории и оценки готовности к лабораторно-практическим занятиям.

В разделе «Экспериментальная часть» сформулированы конкретные задачи эксперимента, представлены схемы электрических цепей, таблицы и графики для регистрации и представления экспериментальных данных. В ряде случаев поставлены вопросы для более полного осмысления результатов эксперимента.

Настоящее руководство предназначено для быстрого освоения комплекта преподавателями кафедр и разработки ими необходимых материалов для проведения лабораторного практикума в соответствии с рабочими планами и традициями кафедр. На первом этапе внедрения рассматриваемых комплектов типового лабораторного оборудования в учебный процесс данное руководство или его отдельные фрагменты могут непосредственно использоваться студентами при выполнении лабораторных работ.

Условные обозначения основных элементов электрических цепей приведены в табл. В.1. В табл. В.2 представлены базовые электрические величины и их единицы измерения.

Таблица В.1

Наименование элемента	Условное обозначение	Наименование элемента	Условное обозначение
Источники электрической энергии:   источник напряжения (ЭДС) постоянного тока (идеальный)   источник постоянного тока (идеальный)   гальванический элемент или аккумулятор     источник напряжения (ЭДС) синусоидального тока		Проводники электрической цепи:   одиночный   пересекающиеся, несоединенные   пересекающиеся, соединенные
Резисторы:   Постоянный линейный   Переменный линейный   Нелинейный		Выключатели:   однополюсные   двухполюсные
Индуктивности: Линейная   С разомкнутым магнитопроводом   С магнитопроводом		Конденсаторы Общее обозначение   Полярный (электролитический) Нелинейный
Трансформатор		Диоды и тиристоры: Выпрямительный диод   Стабилитрон   Диодный тиристор   Триодный тиристор
Транзисторы: Биполярный     Униполярный (полевой)
Лампы накаливания: осветительная сигнальная		Измерительные приборы:   амперметр   вольтметр   ваттметр

Таблица В.2

Величина	Обозначение	Единица измерения	Другие используемые величины
Заряд	Q	1 К = 1 Кулон	мК
Ток	I	1 А = 1 Ампер	мА, мкА
Напряжение/ЭДС	U/E	1 В = 1 Вольт	мВ, кВ
Сопротивление	R	1 Ом	кОм, МОм
Проводимость	G	1 См = 1 Сименс
Индуктивность	L	1 Гн = 1 Генри	мГн, мкГн
Ёмкость	С	1 Ф = 1 Фарада	мкФ, нФ, пФ