Badanie źródeł napięcia stałego.

1. Cel ćwiczenia: Celem ćwiczenia jest poznanie właściwości rzeczywistych źródeł napięcia

stałego, zapoznanie się z charakterystykami zewnętrznymi obciążenia źródła oraz mocą
pobieraną i wydawaną przez źródło.

2. Wprowadzenie: W praktyce zawsze spotykamy się z rzeczywistymi źródłami napięcia stałego.

Ź

ródło idealne może być symulowane przez np. źródła stabilizowane, ale jego stabilizacja

ostatecznie jest ograniczona górną granicą wydajności prądowej takiego źródła. Rzeczywiste
ź

ródło napięcia stałego możemy zastąpić szeregowym połączeniem źródła idealnego (SEM) i

rezystancji wewnętrznej R

w

. Takie źródło przedstawiono na rys. 1.

Rys. 1. Model rzeczywistego źródła napięcia

Ź

ródło może pracować w trzech stanach:

-

jałowym (rezystancja obciążenia równa nieskończoność (przerwa), napięcie U na
zaciskach źródła jest równe SEM źródła idealnego)

-

zwarcia (rezystancja obciążenia jest równa zero, napięcie U na zaciskach źródła wynosi
zero, napięcie SEM odkłada się w całości na rezystancji wewnętrznej R

w

, w obwodzie

płynie prąd zwarcia I

z

)

-

pracy (rezystancja obciążenia zmienia się i jest większa od zera oraz mniejsza od
nieskończoności. Napięcie na zaciskach zależy od rezystancji obciążenia. Punkt pracy
ź

ródła i charakterystykę źródła przedstawia rys. 2)

Ź

ródło opisują następujące wartości:

U

0

= E

- napięcie stanu jałowego

I

z

- prąd zwarcia

R

w

- rezystancja wewnętrzna źródła

R

w

R

U

Rw

E

U

I

Rys. 2. Charakterystyka prądowo-napięciowa rzeczywistego źródła napięcia, oraz

charakterystyka jego obciążenia.

Charakterystyki źródła są opisane wzorami:

Charakterystyka źródła:

U = E - R

w

I

Charakterystyka obciążenia:

U = I R

Rezystancja wewnętrzna źródła:

Rw = U

o

/I

z

P

1

= E I

- moc źródła (pobierana przez źródło)

P

2

= U I = (E-Rw I)I

- moc wydawana przez źródło

Moc wydawana przez źródło oznaczona tu jako P

2

swoje maksimum osiąga dla obciążenia R

równego rezystancji wewnętrznej R

w

. Jest to stan dopasowania źródła.

3. Program ćwiczenia:

W ramach ćwiczenia badamy charakterystyki prądowo – napięciowe dwu identycznych

ź

ródeł prądu stałego, charakterystykę ich połączenia szeregowego oraz połączenia równoległego.

Schemat pomiarowy został zamieszczony na rys. 3.

Wyniki pomiarów umieszczamy w tabeli 1 (a, b, c i d odpowiednio dla każdego z układów

połączeń). Na podstawie wyników pomiarów obliczamy: moce P

1

i P

2

oraz rezystancję

obciążenia R.

Ze względu na możliwość uszkodzenia badanych źródeł na skutek ich przeciążenia,

dopuszcza się zakres obciążenia prądami od 0 do 300 mA. Dlatego też uzyskane w tabelach
pomiarowych wyniki nie odzwierciedlają pełnego zakresu charakterystyk źródeł. Aby uzyskać
pełne charakterystyki, rysujemy dla każdej serii pomiarów charakterystykę U=f(I).
Charakterystyka ta zgodnie z rys. 1 powinna być liniowa. Dlatego też na podstawie naniesionych
na charakterystyce punktów aproksymujemy ją linią prostą, aż do punktu przecięcia z osią
prądową (prąd zwarcia I

z

). Z tak aproksymowanej charakterystyki odczytujemy dane dla prądów

powyżej 300mA i wpisujemy je do tabeli pomiarowej. Na ich podstawie:

a)

wyznaczamy prąd zwarcia Iz

b)

wykreślamy charakterystykę P

2

= f(R)

U

I

U

0

I

Z

U=

E-R

w

I

U=

RI

c)

wyznaczamy rezystancję wewnętrzną R

w

= U

o

/I

z

Rys. 3. Układ pomiarowy

Tabela 1. Układ pomiarowy: ........

U

I

R

P

1

P

2

V

A

Ω

W

W

I

z

= ........... A

U

o

= .......... V

R

w

= ..........

Ω

4.Opracowanie ćwiczenia:

a)

Wykonaj wykresy U=f(I) dla wszystkich badanych źródeł i ich połączeń (zalecane wykonanie
na wspólnym wykresie). Aproksymuj wykres prostą przechodzącą przez uzyskane punkty
pomiarowe. Na podstawie wykresów znajdź prąd zwarcia I

z

i wylicz rezystancję wewnętrzną

ź

ródła R

w

.

b)

Wykonaj wykresy P

2

= (R) i znajdź wartość R, przy której P

2

= max..

c)

Porównaj charakterystyki badanych źródeł. Oceń, jaki wpływ miały na nie połączenia:
szeregowe i równoległe.

UWAGA: Do wykonania aproksymacji proponuje się zastosowanie programu APROKS.EXE

R

V

A

R

w2

E

2

R

w1

E

1

R

w1

E

1

R

w2

E

2

R

w1

E

1

R

w2

E

2

a) b) c) d)