ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 14
Исследование работы делителя напряжения под нагрузкой
Цель работы: 1. Исследование делителя напряжения при работе
2. Построение выходной характеристики делителя напряжения
В результате выполнения лабораторной работы студент должен:
знать: —назначение и устройство делителя напряжения
— расчётные соотношения напряжений и сопротивлений делителя
уметь: — собирать электрические цепи по схемам;
— производить измерения напряжения при помощи
— производить расчёт параметров делителя напряжений
Оборудование: лабораторный стенд.
Краткие теоретические сведения
Напряжение U2, получаемое в результате деления, обычно подается на нагрузку R3 (рис14.1). Но из-за параллельного соединения между собой резисторов R2 и R3 соотношение напряжений меняется по отношению к ситуации, имевшей место при работе делителя вхолостую.
Напряжение на выходе делителя напряжения под нагрузкой можно рассчитать, определив эквивалентное сопротивление R23 параллельно соединенных резисторов R2 и R3:
Если два постоянных резистора R1и R2 заменить потенциометром (рис. 14.2), становится возможным изменять напряжение U2от 0 до U, в зависимости от положения движка (угла поворота) потенциометра.
Порядок проведения работы
Соберите делитель напряжения на основе потенциометра и постройте характеристики U2 = f(α) при различных сопротивлениях нагрузки R3
Порядок выполнения эксперимента
• Соберите цепь делителя в соответствии со схемой (рис. 14.3) и подайте на его вход постоянное напряжение U=10 В.
• Измерьте напряжение U2при каждом из положений движка потенциометра, указанных в табл. 14.1 соответственно углу поворота α..
• Измерения должны быть проведены при различных нагрузках (R3 = 330 Ом, 680 Ом и 1 кОм ).
Внесите все измеренные величины в табл.14.1 и перенесите их также на график (рис. 14.4) для построения кривой U2= f(α).
Положение потенциометра (α)
U2, В
Угловое положение потенциометра,α
Контрольные вопросы
1. Какую форму имеют кривые на рис. 14.4?
2. Какова величина сопротивления R2, с которого снимается напряжение U2, при положении потенциометра α=6 при R3=680Ом?
3. Какова величина напряжения U2, при положении потенциометра α=7 при R3=1кОм?
Источник
Лабораторное занятие № 1 Исследование резистивных (r–r) делителей напряжения
Цель занятия
1.Получить практические навыки создания и исследования делителей напряжения из пассивных электронных элементов с требуемыми параметрами.
2. Ознакомиться с методикой снятия статических вольтамперных и передаточных характеристик.
Основные теоретические положения
1. Все электронные преобразователи сигналов можно привести либо к делителю напряжения, либо к делителю тока. Поэтому все преобразователи сигналов можно представить в виде последовательного либо параллельного соединения двух электронных элементов Общая схема делителя напряжения изображена на Рис. 1.
сточник ЭДС Е подключается к делителю напряжения из элементов Э1 иЭ2. Под воздействием входного напряжения UВХ =Е через делитель течёт ток I=I1=I2, причём 
.
2. Статическое электрическое состояние элементов Э1 и Э2 характеризуется установившимся значением тока через элементы и напряжением, падающем на элементах Э1 и Э2. Величины токов и напряжений элементов, соответствующие статическому состоянию определяют электрический режим работы преобразователя, т.е. положение рабочей точки.
Рабочей точкой делителя называется точка на графиках ВАХ, соответствующая равенству токов элементов. Чтобы найти положение рабочей точки графически, необходимо построить в одной и той же системе координат графики ВАХ обоих элементов. Точка пересечения этих графиков и будет рабочей точкой делителя.
Для изменения положения рабочей точки элемента изменяют уровень напряжения UВХ в контуре воздействия. При изменении, например, тока I в элементах устанавливается соответствующее ему новые значения напряжений, т.е. изменяется положение рабочей точки. Совокупность статических положений рабочей точки элемента можно представить функциями: либо U=f1(I), либо I=f2(t). Графики этих функций называют статическими вольтамперными характеристиками (ВАХ) элемента. ВАХ элемента несут информацию о его электрических свойствах и возможностях практического использования.
3. Если элемент или схема из совокупности элементов включены в цепь передачи электрического сигнала, то он характеризуется статической передаточной характеристикой (ПХ), которая представляет собой функцию установившегося сигнала на выходе от параметров установившегося сигнала на входе элемента. Возможны два типа передаточных характеристик:
Uвых=f1(Uвх), если во входном и выходном контурах взаимодействия создан режим делителя напряжения;
Iвых=f2(Iвх), если во входном и выходном контурах взаимодействия существует режим делителя тока.
Статическая передаточная характеристика, как и вольтамперная характеристика, определяется совокупностью возможных положений рабочих точек элемента, однако, в отличие от последней, она характеризует элемент в условиях изменений состояния на входе и на выходе.
По передаточной характеристике судят о возможностях элемента или схемы сохранять или изменять отдельные параметры передаваемого сигнала.
Фиксированное положение рабочей точки характеризуется коэффициентом передачи по напряжению: 
. Исследуемая схема резистивного делителя изображена на рис. 2.
Расчет параметров этой схемы производится графоаналитическим методом. Для этого производится построение ВАХ обоих резисторов.
ВАХ резистора R2 строится на основе анализа исходной схемы в предположении, что R1 =0 (см. рис.3).
В этой схеме 
ВАХ R2 соответствует функции I2=f(UВЫХ)= 
Функция линейна, поэтому графически она будет представлять собой прямую линию. Строим эту функцию по двум точкам. Находим точки прямой, задаваясь значениями UВЫХ=UR2:
Точка 2 — UВЫХ=Е, тогда I2=
аносим эти точки на график и проводим через них прямую линию (Рис.4).
ВАХ R1 соответствует функции I1=f(UR1)= 
Так как U1=E-UВЫХ, то функция ВАХ R1 имеет вид I1=f(Е-UВЫХ)= 
Эта функция также линейна. Строим эту функцию по двум точкам. Находим точки прямой, задаваясь значениями UВЫХ=UR2:
Точка 1 — UВЫХ=0, тогда I1=
Точка 2 — UВЫХ=Е, тогда I1=
Наносим эти точки на предыдущий график и проводим через них прямую линию. Получаем на пересечении двух графиков рабочую точку РТ (Рис.5).
о положению РТ на графике определяются значение тока IРТ=I1=I2=I, протекающего через резисторы и значения падений напряжения на резисторах UR1,UR2.
Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.
Источник
Исследование делителей напряжения
Страницы работы
Содержание работы
ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕЛИТЕЛЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ
Цель работы: изучить характеристики резистивных делителей напряжения при различных нагрузках, научиться измерять коэффициент передачи четырехполюсника с помощью электронно-лучевого осциллографа.
В общем случае периодически изменяющиеся электрические величины (напряжения, токи, ЭДС) характеризуются мгновенными, максимальными (амплитудными) и действующими значениями. Значение электрической величины в произвольный момент времени называют мгновенным. Мгновенные значения являются величинами переменными, т. е. зависят от времени. При гармонических воздействиях мгновенные значения тока и напряжения определяют из выражений
; 
.
Максимальным (амплитудным) называют наибольшее из мгновенных значений за период. У гармонических напряжений и токов амплитудное значение есть величина постоянная, не зависящая от времени. Действующим значением периодического переменного тока (напряжения, ЭДС) является такой постоянный ток, при котором в той же нагрузке за время, равное периоду, выделяется такая же энергия, как и при данном переменном токе. Действующее значение напряжения (тока) есть величина постоянная. Отношение действующего значения к амплитудному зависит от формы сигнала. У гармонических сигналов U/Um = 0,707. Максимальное (Um), действующее (U) значения и размах напряжения (Up ) связаны между собой постоянными коэффициентами, а следовательно, являются пропорциональными величинами. Например, для гармонических сигналов Um :Up :U= 1: 2: 0,707. Если цепь состоит из чисто резистивных элементов и питается от источника с постоянной во времени ЭДС, то отклики (токи в ветвях и напряжения на участках цепи) пропорциональны воздействию. Так как действующее, амплитудное значения и размах напряжения при гармонических сигналах также не зависят от времени, как и при постоянном токе, а в резистивных цепях отсутствуют сдвиги фаз между напряжениями и токами, то рассчитывать отклики в таких цепях можно для Рис. 2.1 этих параметров по тем же формулам, по которым они определялись в цепях постоянного тока.
При анализе цепей на переменном токе вводят понятие положительного направления тока, причем если направление тока в цепи совпадает с выбранным положительным, то такой ток имеет знак плюс, а если противоположное, то минус.
Цепи, имеющие две пары внешних зажимов, называют четырехполюсниками. У четырехполюсников различают входные и выходные зажимы (рис. 2.1). Коэффициент передачи цепи по напряжению
К =
.
Коэффициент передачи К (для краткости слова “по напряжению” в дальнейшем тексте будем опускать) является важнейшей характеристикой цепи, так как дает возможность рассчитать напряжение на выходе по известному напряжению на входе. Очевидно, что
(Для краткости все последующие выкладки будем производить для действующих значений, хотя с равным успехом их можно было бы производить и для максимальных значений и для размаха.) Коэффициент передачи любой линейной цепи не зависит от входного напряжения и определяется только параметрами элементов, из которых собрана цепь, а также способа их соединения. Чтобы рассчитать в линейной цепи коэффициент передачи, необходимо:
1) задаться произвольным напряжением на входе U1;
2) любым методом вычислить напряжение на выходе U2;
3) найти отношение U2/U1, (входное напряжение в расчетной формуле при этом сократится).
Получившееся выражение не зависит от входного напряжения U1, и является коэффициентом передачи цепи. Аналогичным образом можно определить коэффициент передачи по току
.
l. Рассчитаем коэффициент передачи Г-образного четырехполюсника при холостом ходе на выходе (рис. 2.2) Для этого зададимся напряжением на входе U1, тогда действующее значение тока в цепи 
, действующее значение напряжения на выходе 
, коэффициент передачи 
.
В Г-образных четырехполюсниках коэффициент передачи равен отношению выходного сопротивлений четырехполюсника R2 к входному R1+R2; 
. Входным сопротивлением четырехполюсника называют сопротивление между входными, а выходным — между выходными зажимами цепи. Выражение 
справедливо только для четырехполюсников вида рис. 2.2. для четырехполюсников иного вида рассчитывать коэффициент передачи следует по общему правилу.
2. Вычислим коэффициент передачи К для мостовой цепи в режиме холостого хода на выходе, т. е. при разомкнутых вторичных зажимах (рис. 2.3). Зададимся входным напряжением U1 . В этом случае через резисторы R1 и R4 протекает ток 
, а через R2 и R3— ток 
. Примем потенциал точки F за нулевой.
Если положительное направление тока такое, как показано на рис. 2.3, то потенциал точки А выше потенциала точки F на падение напряжения на резисторе R3 (поскольку при указанном положительном направлении напряжения источника U1 ток течет от точки А к точке F), т. е. 
. Так как через резистор R1 ток течет от точки А к точке D, то потенциал точки D ниже потенциала точки А на падение напряжения на резисторе R1, т. е.
(2.1)
Коэффициент передачи 
Из последнего выражения следует, что коэффициент передачи цепи зависит только от параметров цепи и не зависит от приложенного к ней напряжения.
Исследуем, каким образом изменяется коэффициент передачи данного четырехполюсника, если сопротивления R1, R2, R4 постоянны, а сопротивление R3 изменяется от 0 до 
. При R3 = 0 
. Если в выражение (2.1) подставим R3= 
то получим неопределенность вида 
. Чтобы избавиться от неопределенности, вынесем из числителя и знаменателя множитель R3:
При R3= К() = 
. Таким образом. в цепи рис. 2.3 при изменении R3 на от 0 до коэффициент передачи К изменяется от —
до (рис. 2.4).
Источник