Uniwersytet Humanistyczno-Przyrodniczy Jana Kochanowskiego w Kielcach Instytut Fizyki
Informatyka Rok 1
Grupa II

1. Wiadomości teoretyczne

Wyznaczanie charakterystyki wewnętrznej U = f(I) źródła rzeczywistego. Wyznaczanie zastępczego źródła prądowego oraz zastępczego źródła napięciowego. Wyznaczanie rezystancji wewnętrznej źródła rzeczywistego.

2. Przebieg ćwiczenia

Schemat połączen:

2.1. Przebieg ćwiczenia

Zestawiony został układ pomiarowy pokazany na powyższym schemacie. Zostały dokonane pomiary napięć i prądów dla zmieniającej się rezystancji obciążenia R_z

Spis przyrządów:

1. Bateria 9V

2. Opornik dekadowy

3. Opornik suwakowy

4. Woltomierz (cyfrowy multimetr)

5. Amperomierz (cyfrowy multimetr)

6. Zasilacz prądu stałego

2.2. Tabele wyników, wykresy oraz obliczenia

Charakterystyka źródła rzeczywistego:

Lp.	U [V]	I [mA]
1	7,85	3,9
2	7,60	4,3
3	7,48	4,8
4	7,11	6,4
5	7,00	7,0
6	6,70	7,5
7	6,18	9,5
8	5,00	12
9	4,43	15
10	2,55	21

Stan jawoły [V]	U0 = 9,2
Stan zwarcia [mA]	Iz = 28,9

Wyznaczanie rezystancji wewnętrznej źródła rzeczywistego, rezystancji obciążenia, mocy użytkowej układu oraz mocy maksymalnej układu.

R_w = $\frac{U_{0}}{I_{z}}$R_w= 317 Ω a=R_z/R_w

Obliczenia

Lp.	RZ = U/I [Ω]	a [Ω/Ω]	PU = UI [W]	PUmax=$\frac{I_{Z*Rw}^{2}}{4}$[W]	PU/PUmax [W]
1	1962,5	6,2	0,031	0,066	0,469
2	1767,4	5,6	0,033	0,066	0,5
3	1558,3	4,9	0,035	0,066	0,53
4	1110,9	3,5	0,045	0,066	0,681
5	1000	3,2	0,049	0,066	0,742
6	893,3	2,8	0,050	0,066	0,757
7	650,5	2,1	0,058	0,066	0,878
8	416,6	1,3	0,060	0,066	0,909
9	295,3	0,9	0,066	0,066	1
10	121,4	0,4	0,054	0,066	0,818

Wykres charakterystyki źródła rzeczywistego:

Napięcie U w funkcji argumentu a:

Natężenie I w funkcji argumentu a:

Bateria została zastąpiona przez zastępcze źródło prądowe, z dołączoną równolegle rezystancją wewnętrzną wyliczoną dla wcześniejszego – 317 Ω, oraz zastępczym źródłem napięciowym z rezystancją wewnętrzną wpiętą szeregowo.

Charakterystyka zastępczego źródła prądowego:

Lp.	U [V]	I [mA]
1	7,57	3,8
2	7,51	4
3	7,45	4,2
4	7,39	4,8
5	7,29	5,5
6	7,20	6,2
7	7	7
8	6,48	8,8
9	5,79	11,3
10	4,76	15
11	3,71	18,7
12	2,75	22,1

Obliczenia:

Lp.	RZ [Ω]	a [Ω/Ω]	PU = UI [W]	PUmax [W]	PU/PUmax [W]	ῃ [%] = 1/(1+a)
1	1992,1	6,3	0,028	0,066	0,424	14
2	1877,5	5,9	0,030	0,066	0,454	15
3	1773,8	5,6	0,031	0,066	0,469	15
4	1539,6	4,85	0,035	0,066	0,53	17
5	1325,5	4,18	0,040	0,066	0,606	19
6	1161,3	3,67	0,045	0,066	0,681	21
7	1000	3,15	0,049	0,066	0,742	24
8	736,4	2,32	0,057	0,066	0,863	30
9	512,4	1,61	0,065	0,066	0,984	38
10	317,33	1	0,071	0,066	1,075	50
11	198,4	0,63	0,069	0,066	1,045	61
12	124,4	0,4	0,060	0,066	0,909	71

Charakterystyka zastępczego źródła napięciowego

Lp.	U [V]	I [mA]
1	2,67	20,5
2	4,04	16,3
3	4,58	14,6
4	5,41	12
5	5,69	11,1
6	6,7	9,9
7	4,42	8,8
8	6,71	7,9
9	7	7
10	7,21	6,3
11	7,34	5,8
12	7,57	5,1
13	7,72	4,7
14	7,85	4,3
15	8	3,8

Obliczenia:

Lp.	RZ [Ω]	a [Ω/Ω]	PU = UI [W]	PUmax [W]	PU/PUmax [W]	ῃ [%] = a/(1+a)
1	130,2	0,4	0,054	0,066	0,818	28
2	247,9	0,8	0,066	0,066	1	44
3	313,7	0,9	0,066	0,066	1	47
4	450,8	1,4	0,064	0,066	0,969	58
5	512,6	1,6	0,063	0,066	0,954	61
6	676,8	2,1	0,066	0,066	1	67
7	502,3	1,6	0,038	0,066	0,575	61
8	849,4	2,7	0,053	0,066	0,803	72
9	1000	3,2	0,049	0,066	0,742	76
10	1144,4	3,6	0,045	0,066	0,681	78
11	1265,5	4	0,042	0,066	0,636	80
12	1484,3	4,7	0,038	0,066	0,575	82
13	1642,6	5,2	0,036	0,066	0,545	83
14	1825,6	5,8	0,033	0,066	0,5	85
15	2105,3	6,6	0,030	0,066	0,454	87

3. Wnioski

Możemy zauważyć, że przebiegi wykresów charakterystyk napięć i prądów zarówno dla układu ze źródłem napięciowym, jak i źródłem prądowym są do siebie zbliżone. Wartości odczytane z pomiarów zgadzają się z obliczeniami. Niewielkie rozbieżności wynikają z niedokładności urządzeń pomiarowych.

W pobliżu maksymalnej mocy wartość parametru a wynosi 1, z czego wynika, że dla mocy maksymalnej wartości rezystancji Rz i Rw.

Możemy także zauważyć, że układ osiąga zawsze maksymalną moc dla takiej rezystancji Rz, przy której napięcie odczytane na odbiorniku jest równe E/2.