Lab 1 Perfect [PDF]

Zitiervorschau

Universitatea Tehnica a Moldovei Facultatea Calculatoare, Informatica si Microelectronica Catedra Tehnologii Informationale

A efectuat: st. gr.CR-212 A verificat:

Televco Rebeca

RAPORT

N.Ababii

Lucrarea de laborator nr. 1 la disciplina Circuite si dispozitive electronice

Tema: Studierea circuitelor electrice liniare de curent continuu si alternativ .

Scopul lucrării :

Verificarea experimentală a respectării legii lui Ohm și Kirchhoff pentru circuitele electrice ramificate si neramificate de curent continuu, cercetarea raportului de amplitudă și fază dintre tensiune si curent pentru elementele R, L, C.

Schemele circuitelor electrice

Partea 1 Verificarea indeplinirii legilor lui Ohm si Kirchhoff pentru circuitele electrice neramificate si ramificate. Formulele necesare: 𝐸 𝐸 𝐼1 = = 𝑈1 + 𝑟0 𝑅 + 𝑟0 𝐼1

– curentul măsurat în poziția ”1” a comutatorului SA,

2

𝑅 = 𝑅 1 + 𝑅2 + 𝑅3 𝐸 𝐸 𝐼2 = (𝑅1 + 𝑅3) + 𝑟0 = 𝑈2 + 𝑟0

– curentul măsurat în poziția ”2” a comutatorului SA.

𝐼2

𝑈2 − 𝑈1 𝑟0 = , 𝐼1 − 𝐼2

𝐼1 = � � 0

𝐸 = 𝑈1 + 𝐼1𝑟0

𝐼=

+ � �

𝐸 𝑅1 + 𝑅2 + 𝑅3 + 𝑟0

𝑈2 = 𝑈3 = 𝐼1𝑅

𝑈1 = 𝐼𝑅1, 𝑈2 = 𝐼𝑅2, 𝑈3 = 𝐼𝑅3 𝐸

Calcule :

𝑅 = 𝑅1 + 𝑅2 + 𝑅3 = 101.1+ 197.2 + 53.3 = 351,6 𝐼1 = 42.7 (𝑚𝐴) 𝐼2 = 97.7 (𝑚𝐴) Rezistenta (Ω) 𝑅1 101.1

𝑈1 = 14.36 (𝑉) 𝑈2 = 14.55 (𝑉) Curent I în circuit, Tensiunea,V,

Tensiunea, Curentul, mA (calculat) V (calculat) 42.2

Ma, (masurat) 42.7

(măsurat)

𝑈1

4,302

𝑅2 197.2

𝑈2

8,222

U2 8,52

𝑅3 53.3

𝑈3

2,317

U3 2,29

− 𝑈1

14.55 − 14.36 𝑟 𝐼=

15𝑉

= 0.0422𝐴

3

U1 4,32

� � 2

351.6 + 3.45(Ω) Conform legii lui Ohm, avem : 𝑈1 = 𝐼𝑅1 = 0,0422 𝐴 ∗ 101.1 Ω = 4.266 V 𝑈2 = 𝐼𝑅2 = 0,0422 𝐴 ∗ 197.2 Ω = 8.322V 𝑈3 = 𝐼𝑅3 = 0,0422 𝐴 ∗ 53.3 Ω = 2.249 V Verificarea celeii de-a 2 lege a lui Kirchhoff : 𝑛

𝑚

𝑚

𝑅𝑘𝐼𝑘

𝑈𝑘

𝑈 = 𝑈1 + 𝑈2 + 𝑈3 = 4.266V + 8.322 V + 2.249 V = 14.837 Ω

U (V)

E𝑘15 Ω ≈ 14.840 Ω Diagramele potențiale a circuitului cercetat : 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0

50

100 R (Ω)

150

Verificarea primei legi a lui Kirchhoff. 1. Circuit electric liniar de curent continuu cu o conexiune mixtă a receptoarelor. De ansamblat circuitul cu conexiunea mixta a receptoarelor prezentate in fig 1.1.b. R1 = 101.1(Ω) E = 15V r0 = 3,45 R2 = 197.2(Ω) R3 = 600(Ω)

4

200

De măsurat curenții I1, I2 și I3, tensiunile pe elementele din circuit U 1, U2 = U3 și tensiunea la bornele de intrare ale circuitului U. Rezistenta

Curentul, mA(calculat)

(Ω)

Tensiunea,V

Curentul,mA Tensiunea,V

(calculat)

(masurat)

𝑅1

101.1

𝐼1

61

𝑈1

5.96

𝐼1

58.9

𝑈1

6,1

𝑅2

197,2

𝐼2

46.4

𝑈2

8.75

𝐼2

44.3

𝑈2

8,85

𝑅3

600

𝐼3

14.5

𝑈3

8.75

𝐼3

14.5

𝑈3

8,81

Calcule : 𝑅 𝐸 = 𝑅1 + 𝐸 𝐼1 =

(masurat)

𝑅2𝑅3

= 249,5 Ω

𝑅 2 + 𝑅3 = 0,059 𝐴 = 59 𝑚𝐴

𝑟0 + 𝑅𝐸

𝑈1 = 𝐼1𝑅1 = 59*101.1=5.96 𝑉 𝑅2𝑅3 𝑈 2 = 𝑈3 = 𝐼 1 = 8.75 𝑉 𝑅2 + 𝑅3 𝑈1 𝐼1 = = 58,9 𝑚𝐴 𝑅1 𝑈2 𝐼2 = = 44,3 𝑚𝐴 𝑅2 𝑈3 𝐼3 = = 14,5 𝑚𝐴 𝑅3

5

De scris ecuația I a legii lui Kirchhoff, substituind valorile curenților măsurați în punctul 8, de comparat rezultatele calculului și măsurătorilor. 𝐸 ∙ 𝐼1 = 𝐼12(𝑟0 + 𝑅1) + 𝐼22𝑅2 + 𝐼32𝑅3 15 ∗ 0.059 ≈ 0.0592 ∗ (3.51 + 101.1) + 0.04432 ∗ 197.2 + 0.01452 ∗ 600 0,885≈0,880 𝑃𝑆 ≈ 𝑃𝑅 Construirea graficelor functiilor: I1, I2, I3, U1, U2, P= f (R3) I1, I2, I3 (mA)

R (Ω)

R (Ω) U1, U2,3 (V)

6

2. Circuit electric liniar de curent continuu, cu o conexiune mixtă a receptoarelor. Pentru fiecare dintre valorile stabilite ale rezistenței R3 , de calculat valorile indicate în tabel. Puterea totală consumată de receptor este determinată de formula P = U*I, unde U și I sunt tensiunele și curentul la bornele de intrare ale circuitului electric. R1=101.1(Ω) R2=197,2(Ω) R3 = 0, 100, 300, 400 ,500,600, 700 (Ω)

E = 15V r0 = 3,45

Măsurat R3

U

(Ω) 0

U1

U2

I1

V

Calculat I2

I3

mA

U1+U2

I2+I3

P

V

mA

mW

30

56.5

14.9

86.5

1288.85

7.23 7.67 72.2

37.4

34.5

14.9

71.9

1071.31

7.9

67.2

26.8

11.8

67.1

400 15 500 15

40.3

791.78

8.37 6.57 63.6

42.2

21.2

14.94

63.4

947.19

8.5

6.2

61.0

43.5

17.5

14.7

61

896.7

600 15

8.8

6.12 59.4

44.5

14.7

14.92

59.2

883.26

700

8.9

6.01 58.2

45.1

12.8

14.91

57.9

863.28

15

100 15 300 15

15

14,5 0,4 3.9

86.7

𝑃=𝑈∗𝐼

Concluzie :

In urma efectuării acesti lucrări de laborator ,am verificat experimental Legea lui Ohm si Kirchhoff pentru

7

circuite electric ramificate si neramificate de curent contcontinuu . Legea lui Ohm a stabilit o conexiune între curent , tensiune și parametrii elementelor circuitului electric și a permis calculul curenților prin ele : 1.Pentru o secțiune a unui circuit care nu conține surse FEM( forță electromotoare) -curentul într-o secțiune a circuitului este direct proporțional cu tensiunea la capetele acestei secțiuni și este invers proporțional cu rezistența sa astfel am obținut - I1=58.9 mA, I2=44.3 mA, I3=14.5 mA; 2.Pentru un circuit complet (închis)- curentul în circuit este direct proporțional cu FEM care acționează în circuit și invers proporțional cu suma rezistenței circuitului si rezistența interna a sursei - I=42.2 mA. Legea lui Kirchhoff : Un rol important în verificarea corectitudinii calculelor oricăror circuite electrice îl joacă condiția de echilibru a energiei, care rezultă din legea conservării energiei și poate fi formulată dupa cum urmează- Suma algebrică a puterilor instantanee a tuturor surselor de energie din circuitul electric este egală suma algebrică a tuturor puterilor instantanee a tuturor receptoarelor circuitului, ceea ce am obținut :

E*I1= I12(r0+R1)+ I22R2+I32R3 , 15 *0.059 ≈ 0.0592 2*(3.51 + 101.1) + 0.044322 *197.2 + 0.014522 *600 0,885≈0,880 Puterea oricărui element al unui circuit electric indiferent dacă este o sursă sau un

receptor , este definită ca fiind produsul curentului elementului și tensiunea pe el : P=U*I .

Întrebări de control

1.Ce este un circuit electric și electronic? Dați definiția nodului , ramurii, buclei circuitului electric și denumiți proprietățile principale ale acestuia .

• Un circuit electric este un complex de dispozitive și obiecte conectate într-un anumit mod și care formează o cale pentru curgerea curentului electric.

• Un circuit electric care este echipat cu cel puțin un element electronic este numit circuit electronic. • Ramura circuitului electric (schemei)- o secțiune a circuitului cu același curent, constatând din unul sau mai multe elemente conectate în serie.

• Nodul circuitului electric ( schemei) - locul (punctul) conexiunii a trei sau mai multe ramuri. Bucla este formată din ramuri și noduri care formează o cale închisă pentru curgerea curentului electric. Schema cu conectarea în serie a elementelor formează o buclă și se numește buclă

8

individuală . Un circuit cu o îmbinare mixtă a elementelor , în general se numește schemă multibuclă .

9

2.Cum se calculează curenții în ramurile pasive paralele cu rezistențe de ramură cunoscute și curentul porțiunii neramificate?

• La conectarea în paralel a mai multor elemente (ramuri) la toate elementele (ramuri) se aplică una și aceeași tensiune. Rezistența echivalentă pentru conectarea în paralel a mai multor receptoare este determinată prin formula Rechivalent=(R1*R2)/(R1+R2)

3.Cum este posibil să determinați experimental valoarea rezistenței a unei secțiuni a circuitului electric, F.E.M? • Putem determina experimental valorea rezistenței unei secțiuni a circuitului electric cu ajutorul multimetrului sau într-un circuit electric simplu , valoarea rezistenței lui se calculează cu ajutorul legii lui Ohm, fiind egală cu raportul dintre tensiunea U aplicată la bornele circuitului și intensitatea I a curentului care circulă prin circuit.

• Tensiunea (sau forța) electromotoare este o mărime fizică egală cu tensiunea electrică la bornele unui

generator electric în circuit deschis (la mersul în gol). Are același sens cu curentul ce străbate circuitul la închiderea sa, spre deosebire de tensiunea contra-electromotoare - care se opune sensului normal al curentului.

• Rezistența internă, a cărei formulă este obținută din legea lui Ohm pentru un circuit complet, este determinată prin calcule matematice:

I = E: (r + R). r = E: I - U: I.

4.Care sunt proprietățile principale ale conectării în serie și în paralel? • La conectarea în serie prin toate elementele curge acelasi curent, de aceea rezistenta segmentului cu

conexiunea in serie a elementelor poate fi inlocuità cu una - echivalentà cu suma tuturor elementelor. Conditia pentru echivalenta unei astfel de substitutii este ca in acest caz starea altor elemente care nu au fost înlocuite nu trebuie sa se schimbe (curentii, tensiunile, puterile nu trebuie sa se schimbe).

• La conectarea în paralel a mai multor elemente (ramuri) la toate elementele (ramurile) se aplica una si acecasi tensiune. Rezistenta echivalentà pentru conectarca in paralel a mai multor receptoare (de exemplu, pentru doua) este determinatà prin formula:

5. Cum se construiește ecuația echilibrului energetic? • Prima lege a lui Kirchhoff stabileste o legaturà între curentii sumabili la nodul circuitului electric; suma algebrica a tuturor curentilor care se sueaza la nod este zero:

unde: n - este numárul de ramuri conectate la nod. Echivalent este o alta formulare: suma tuturor curentilor care curg în nod este egala cu suma tuturor curentilor care curg din nod. Când scriem ecuatii conform primei legi a lui Kirchhoff, curentii îndreptati spre nod sunt luati cu un semn, de obicei cu semnul "plus", iar curentii directionati din nod - cu semnul "minus"sau invers. 6.Cum se calculează curenții în ramurile pasive paralele cu rezistență de ramificare cunoscute și curentul secțiunii neramificate?

7.Formulați și scrieși legea lui Ohm pentru o porțiune de circuit și un circuit complet. • Legea lui Ohm pentru o sectiune a unui circuit care nu contine surse FEM curentul intr-o sectiune a circuitului este direct proportional cu tensiunea la capetele acestei sectiuni si este inversproportional cu rezistenta sa:

• Legea lui Ohm pentru un circuit complet (inchis) - curentul in circuit este direct proportional cu FEM care actioneazã in circuit si invers proportional cu suma rezistentei circuitului si rezistenta internã a sursei:

8.Formulați prima și a doua lege a lui Kirchhoff .Scrieți pentru ele formulele corespunzătoare. • Prima lege a lui Kirchhoff stabileste o legaturà intre curentii sumabili la nodul circuitului electric; suma algebrica a tuturor curentilor care se sumeazà la nod este zero:

unde: n - este numarul de ramuri conectate la nod. Echivalent este o altà formulare: suma tuturor curentilor care curg in nod este egalã cu suma tuturor curentilor care curg din nod. Când scriem ecuatii conform primei legi a lui Kirchhoff, curentii indreptati spre nod sunt luati cu un semn, de obicei cu semnul "plus", iar curentii directionati din nod - cu semnul "minus" sau invers. • Legea a doua a lui Kirchhoff stabileste relatia dintre tensiunile asupra elementelor buclei circuitului electric: suma algebrica a FEM care actioneazà intr-o bucla inchisã este egala cu suma algebrica a căderii de tensiune pe toate sectiunile (elementele) buclei:

unde: n - este numárul de surse FEM în buclă, m- numărul de elemente cu rezistenta Rk in buclă, Uk= Rk*Ik tensiunea sau caderea de tensiune pe elementul buclei - k.

9.Formulați regulile semnelor atunci când folosiți legile lui Kirchhoff.

Prima (regula nodului) este, în esență, legea conservării sarcinii, combinată cu condiția ca sarcinile să nu fie nici create, nici distruse într-un conductor. Această regulă se aplică nodurilor, de ex. puncte dintr-un circuit unde trei sau mai mulți conductori se întâlnesc. Dacă luăm ca direcție pozitivă a curentului din circuit, care se apropie de nodul curent, și cea care pleacă ca negativ, atunci suma curenților din orice nod trebuie să fie egală cu zero, deoarece sarcinile nu se pot acumula în nodul: Cu alte cuvinte, numărul de sarcini care se apropie de un nod într-o unitate de timp va fi egal cu numărul de sarcini care părăsesc un punct dat în aceeași perioadă de timp. Scrierea ecuațiile prima regula a lui Kirchhoff, am decis să ia forța curentul I cu „+“ în cazul în care curentul intră în nodul, iar semnul „-“ în cazul în care curentul care iese din unitate. Scriind ecuațiile conform celei de-a doua reguli Kirchhoff, folosiți următoarea alegere de semne. Dacă direcția curentului coincide cu direcția de bypass al circuitului pentru curent, se selectează semnul "+", altfel semnul "-". Dacă în direcția traversării conturului EMF # 949; sursa curentului mărește potențialul său (există o tranziție de la polul negativ al sursei la polul pozitiv), atunci se selectează semnul "+", altfel semnul "-".

10. Ce reprezintă rezistența totală , activă , capacitativă, inductivă , reactivă? • În circuitele electrice când rezistențele sunt conectate în serie, rezistența totală este calculată ca suma tuturor rezistențelor individuale. De exemplu, atunci când cele trei rezistențe cu R1, R2 și R3 sunt conectate în serie, atunci rezistența totală a circuitului este dată ca R = R1 + R2 + R3. • •

Când rezistențele sunt conectate în paralel, rezistența totală este dată ca suma reciprocelor rezistențelor. De exemplu, atunci când cele trei rezistențe cu valori R1, R2 și R3 sunt conectate în paralel, rezistența totală din circuit este dată ca 1 / R = 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3.