Исследование электрического ключа и переходных процессов

Аннотация. Переходные процессы не являются необычным и характерны не только для электрических цепей. Мы можем привести ряд некоторых примеров из разных областей физики и техники, где случаются такие явления.

К примеру, горячая вода в сосуде постепенно охлаждается и ее температура изменяется от начального до установившегося, температуре окружающей среды. Маятник выведенный из состояния покоя совершает затухающие колебания и, в конце, возвращается в исходное состояние. Когда подключаем электроизмерительный прибор его стрелка перед остановкой на данном делении шкалы совершает вокруг этой точки шкалы несколько колебаний.

Ключевые слова: микрофарад; коммутация; стационарные; реак­тивные элементы цепи потокосцепление; конденсатор; формы импульсов; полупроводниковый прибор; вольтметр; катушка индуктивности; возник­новение переходных процессов; аналитический; экспериментальные; электронный ключ; запасы энергии; магнитное поле; электрическое поле; время переходного процесса; осциллограф; электродвижущая сила; коэффициент затухания; функциональный генератор; скачкообразные.

Введение

Цель исследование: изучить электронные процессы в электронной цепи, собрать электрическую цепь, провести эксперимент по снятию характеристик, получить диаграмму с экрана электрического осцил­лографа.

Задачи исследования:

1)   Изучить учебную и научную литературу.

2)   Собрать электрическую цепь электронного ключа.

3)   Снять характеристики.

4)   Выполнить анализ характеристик.

Методы исследования:

1)   Аналитический.

2)   Экспериментальный.

Объект исследования: переходные процессы;

Предмет исследования: электронный ключ;

Переходным процессом называется в электрической цепи или схеме, возникающий в ней при переходе от одного установившегося состояния к другому установившемуся состоянию. Данные процессы в цепи возникают в результате различных коммутаций, следствием которых являются скачкообразные изменения параметров отдельных элементов или структур схемы цепи. Так как запасы энергии в реактивных элементах не могут измениться скачкообразно, тогда для перехода схемы в новое энергетическое состояние нужно время, называемое временем переходного процесса Tn.

Независимым первичными условиями называются значения токов в катушках il(0) и напряжения на конденсаторах Uc(0) в момент коммутации при t = 0, которые определяют начальные запасы энергии в магнитном поле катушки и электрическом поле конденсатора.

При включении цепи R, L с нулевым начальным условиям il (0) = 0 к источнику постоянной ЭДС e(t) = Em = const напряжения на отдельных элементах изменяется во времени по закону: Ur(t) = *(1-Ept), Ul(t)=E*Ept.

Здесь: p =-R / L – коэффициент затухания (корень характеристи­ческого уравнения), характеризующий скорость затухания переходного процесса;

Мы собрали электрическую цепь по схеме рис 1., установили параметры отдельных элементов. И для каждого из данных параметров элементов мы получили на экране электрического осциллографа с расчетными диаграммами.

Рисунок 1. Схема включения электрического ключа

В качестве питания е(t) и ключа мы использовали блок «Функ­циональный генератор». А выходным сигналом является источник прямоугольных импульсов положительной полярности.

Частоту выходных сигналов нужно задать от 10 до 50 Гц, максимальная амплитуда – 10В.

Рисунок 2. Графическая диаграмма функций Ur(t) и Ul(t)

Продолжительность переходного процесса начала увеличиваться с возрастанием L и убывает с возрастанием R, показано на рисунке 2.

Рисунок 3. Графическая диаграмма функций Ur(t)

При значении первоначальной фазы а = ф – 90 свободной ампли­туды составляющей напряжения положительной и максимальной [sin(a-ф)=-1] значения при исходной фазы а = ф + 90 отрицательна и максимальна [sin(а-ф)=+1], процесс перехода, протекает с максимальной интенсивностью. Начальной фазой а = ф свободной амплитудой составляющей напряжения, равна нулю.

Заключение

В результате измерения электронных процессор в электронном ключе, мы получили показание на экране электрического осциллографа в виде диаграммы, на котором мы видим, что продолжительность переходного процесса увеличивается, и так же убывает.