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)