OBWODY NIELINIOWE PRĄDU STAŁEGO

SCHEMAT:

ZS - zasilacz stabilizowany

Rw - rezystor zabezpieczający

A - amperomierz klasa 0,5 zakrea 35 mA i 75 mA

Vc- woltomierz cyfrowy Digital Multimetr V543 zakres 100 V

POMIARY:

Element nieliniowy w kierunku przewodzenia
U [V]	1,02	1,36	1,67	1,89	2,28	2,61	2,91	3,22	3,53	3,84
I [A]	0,0025	0,005	0,0075	0,01	0,0125	0,015	0,0175	0,02	0,0225	0,025
Element nieliniowy w kierunku zaporowym
U [V]	12,26	12,56	12,9	13,22	13,51	13,85	14,15	14,47	14,75	15,13
I [A]	0,0025	0,005	0,0075	0,01	0,0125	0,015	0,0175	0,02	0,0225	0,025
Połączenie szeregowe elementu nieliniowego w kierunku zaporowym z elementem limiowym
U [V]	10	11,85	13,65	15,37	18,54	22	23,7	25,25	26,91	28,5
I [A]	0	0	0,0025	0,005	0,01	0,015	0,0175	0,02	0,0225	0,025
Połączenie równoległe elementu nieliniowego w kierunku zaporowym z elementem limiowym
U [V]	0,45	2,61	5,39	7,98	10,73	12,24	12,73	13,76	14,78	15,04
I [A]	0,0001	0,005	0,01	0,015	0,02	0,025	0,03	0,04	0,05	0,053

Połączenie szeregowe elementu nieliniowego w kierunku zaporowym z elementem limiowym
U [V]	Ud		0				12,26		12,56		12,9		13,22		13,51		13,85		14,15		14,47		14,75		15,13
I [A]	I = con.		0				0,0025		0,005		0,0075		0,01		0,0125		0,015		0,0175		0,02		0,0225		0,025
I [A]	Ur = I·R		0				1,353		2,706		4,059		5,412		6,765		8,118		9,471		10,824		12,177		13,53
I [A]	Ud + Ur		0				13,613		15,266		16,959		18,632		20,275		21,968		23,621		25,294		26,927		28,66
Połączenie równoległe elementu nieliniowego w kierunku zaporowym z elementem limiowym
U [V]	Ud = con.		0				12,26		12,56		12,9		13,22		13,51		13,85		14,15		14,47		14,75		15,13
I [A]	Id		0				0,0025		0,005		0,0075		0,01		0,0125		0,015		0,0175		0,02		0,0225		0,025
I [A]	Ir = Ud/R		0				0,02265		0,02320		0,02383		0,02442		0,02496		0,02559		0,02614		0,02673		0,02725		0,02795
I [A]	Id + Ir		0				0,02515		0,02820		0,03133		0,03442		0,03746		0,04059		0,04364		0,04673		0,04975		0,05295
	Rezystor			541,2
	0	13,53				U [V]
	0	0,025				I [A]

CHARAKTERYSTYKI:

1.

2.

3.

4.

5.

6.

OPRACOWANIE WYNIKÓW:

W punktach 1-4 znajdują się charakterystyki prądowo napięciowe wszystkich elementów użytych w ćwiczeniu. Jako element nieliniowy użyliśmy diodę Zenera o napięciu przebicia Zenera 12V. Dioda Zenera zachowuje się w kierunku przewodzenia jak zwykła dioda, ale ma bardzo dokładnie określone napięcie przebicia w kierunku wstecznym. Diod tych używa się do pracy w kierunku zaporowym i wykorzystuje tzw. napięcie Zenera tj. napięcie, przy którym prąd wsteczny diody gwałtownie rośnie (charakterystyka diody w kierunku zaporowym musi wykazać bardzo wyraźne przegięcie, co obserwujemy na charakterystyce przy spolaryzowaniu złącza w kierunku zaporowym), dlatego szeregowo z diodą Zenera należy włączać rezystor lub inny element ograniczający prąd.

W punktach 5 i 6 znajdują się charakterystyki łączne dla pomiarów z punktów 1-5.

W punkcie 5 na wspólnym wykresie przedstawiliśmy charakterystyki napięciowo-prądowe dla elementu nieliniowego i elementu liniowego połączonych szeregowo, oraz dla porównania charakterystyki otrzymane w wyniku pomiaru prądu i napięcia. W punkcie 6 dla połączenia równoległego. Uzyskane charakterystyki łączne można otrzymać metodą sumowania odpowiednich współrzędnych. Przy połączeniu szeregowym sumujemy wartości napięć obu charakterystyk dla odpowiednich wartości prądów. Przy połączeniu równoległym sumujemy odpowiednie wartości prądów obu charakterystyk dla odpowiednich wartości napięć.

Charakterystyki otrzymane z pomiarów wykonaliśmy na wspólnym wykresie z charakterystykami elementów liniowych i nieliniowych , aby zobrazować opisaną powyżej metodę tworzenia charakterystyki łącznej. Charakterystyki otrzymane z pomiaru pokrywają się z charakterystykami wykonanymi metodą graficznego sumowania.

Współczynniki stabilizacji prądowej i napięciowej dla punktu 2.

W punkcie 2 mamy do czynienia z klasycznym wykorzystaniem diody Zenera jako stabilizatora napięcia, dla napięć powyżej 12V rezystancja dynamiczna diody spada gwałtownie. Do obliczenia współczynnika stabilizacji przyjęliśmy punkt pracy układu o parametrach: U = 15,13V i I = 25 mA. Dla tego punktu rezystancja statyczna Rs = U/I = 605,2 

Rezystancję dynamiczną wyznaczamy korzystając ze wzoru:

Rd = ms · tg 

gdzie:  - kąt nachylenia stycznej do charakterystyki w punkcie pracy;

ms - współczynnik skali;

Z charakterystyki odczytaliśmy wartości:

 = 

 = 37

ms = Rs/tg = 803,72

stąd:

Rd = 123,65

Współczynnik stabilizacji napięciowej wyznaczamy ze wzoru:

KU = Rs/Rd = 4,87

Współczynnik stabilizacji prądowej wyznaczamy ze wzoru:

KI = Rd/Rs = 0,205

Układ stabilizuje napięcie, ponieważ KU>1 oraz Rs>Rd.

WNIOSKI:

Układy nieliniowe można rozwiązywać metodą graficzną znając charakterystyki I(U) elementów nieliniowych w układzie. Elementy nieliniowe mają właściwości stabilizujące. Stwarza to możliwość stosowania ich do budowy układów stabilizujących napięcie lub prąd zmienny.

---