ДЛЯ УЧАСТКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ

Курсовая работа

по курсу "Электротехнический практикум"

ВВЕДЕНИЕ

Одним из основных законов электротехники является закон Ома. Этот закон был установлен немецким физиком Омом (Ohm) Георгом Симоном (1787-1854) в 1826 году. Этот закон гласит, что отношение падения напряжения в электрической цепи к току в цепи является величиной постоянной, не зависящей от тока или напряжения. Эта постоянная величина называется электрическим сопротивлением. Как ныне известно, постоянство электрического сопротивления выполняется достаточно точно только для металлов при комнатной температуре при не слишком высоких напряжениях и не слишком больших токах. В данной работе экспериментально определяется справедливость закона Ома для замкнутой неразветвленной электрической цепи для некоторых элементов радиоаппаратуры, таких как углеродистые, оксидные и полупроводниковые резисторы.

1.      ЗАКОН ОМА

Обычно различают закон Ома для участка электрической цепи (проводника) и закон Ома для замкнутой неразветвленной электрической цепи. Закон Ома для участка электрической цепи (проводника), не содержащего источников тока, устанавливает связь между силой тока в проводнике и разностью потенциалов (напряжением) на его концах: сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению проводника. Это соотношение описывается формулой:

,                                                          (1.1)

где - сила тока в проводнике, - разность потенциалов на концах проводника, - электрическое сопротивление проводника.

Для замкнутой неразветвленной электрической цепи закон Ома следующий: сила тока прямо пропорциональна электродвижущей силе (эдс) и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи, чему соответствует формула:

,                                                     (1.2)

где - эдс источника тока, - его внутреннее сопротивление, - электрическое сопротивление внешней (по отношению к источнику эдс) цепи, - сила тока в цепи.

2.      РЕЗИСТОРЫ

            Для использования в различных электро- и радиотехнических цепях применяют углеродистые и металлоокисные металлизированные резисторы. Находят применение также различного рода полупроводниковые резисторы.

2.1.  УГЛЕРОДИСТЫЕ РЕЗИСТОРЫ

Углеродистые резисторы представляют собой слой углерода (обычно со связующим), напыленный на керамическое основание. Из-за того, что углерод довольно слабо теплопроводен, углеродистые резисторы имеют большие размеры и поэтому не применяются в радиотехнике. Однако углеродистые резисторы легко выдерживают большие токовые перегрузки и их, соответственно, применяют в системах, где требуется повышенная надежность.

2.2.  МЕТАЛЛООКИСНЫЕ МЕТАЛЛИЗИРОВАННЫЕ РЕЗИСТОРЫ

Металлоокисные металлизированные резисторы представляют собой напыленный слой металла (сплава) или окиси металла на керамическое основание. Такие резисторы могут быть очень малогабаритными, но они как правило, не выдерживают перегрузок - разрушаются (расплавляется проводящий слой). Эти резисторы являются высокотехнологичными изделиями. Кроме того, такие резисторы можно легко изготавливать в составе интегральных микросхем.

2.3.  ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ РЕЗИСТОРЫ

Полупроводниковые резисторы обычно имеют вид монолитного блока из специального материала, обладающего полупроводниковыми свойствами. Основное применение таких резисторов связано с тем, что их электрическое сопротивление сильно зависит от различного рода физических воздействий. Так, полупроводниковые резисторы, электрическое сопротивление которых зависит от приложенного к резистору давления, называют тензорезисторами; полупроводниковые резисторы, электрическое сопротивление которых зависит от приложенного к резистору электрического напряжения, называют варисторами; электрическое сопротивление терморезисторов (термисторов) сильно зависит от температуры.

3.      ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Закон Ома допускает довольно несложную экспериментальную проверку. Была поставлена задача - экспериментально исследовать зависимость тока через резистор от разности потенциалов (напряжения) на нем для резисторов трех типов: углеродистого, металлизированного и полупроводникового (варистора).

В качестве резисторов были выбраны резисторы типов ВС-1, МЛТ-1 и СН1-1. В качестве источника питания был выбран регулируемый блок питания с максимальным выходным напряжением 30 В со встроенным вольтметром (погрешность вольтметра < 0,01 В), а в качестве измерителя тока через резистор был использован миллиамперметр с пределом измерения 50 мА (погрешность миллиамперметра  < 1%, что составляет величину < 0,5 мА). Для выбранных типов резисторов мощность, рассеиваемая резистором, не должна быть больше, чем 1 Вт.  Это можно обеспечить, если для эксперимента выбрать резисторы с электрическим сопротивлением, равным максимальному из значений, рассчитанных по двум формулам:

                                                         (3.1)

и

.                                                         (3.2)

Подставляя в формулы численные значения (для тока 50 мА, для напряжения - 30 В, а для мощности - 1 Вт), получаем из (3.1) значение сопротивления 900 Ом, а из (3.2) - 400 Ом. Отсюда, чтобы резистор не вышел из строя, его сопротивление должно быть больше, чем 900 Ом. Стандартное значение соответствует сопротивлению 1 кОм.

Таким образом, номинальное (паспортное) значение электрического сопротивления резисторов было 1 кОм ± 10%.

4.      РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Результаты измерений тока через резистор ВС-1 1кОм ± 10% и напряжения на нем приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1.

Зависимость тока через резистор ВС-1 1кОм ± 10%

в зависимости от электрического напряжения на нем

Результаты измерений тока через резистор МЛТ-1 1кОм ± 10% и напряжения на нем приведены в таблице 4.2. В процессе измерений преподавателем было сделано замечание о слишком большом шаге по напряжению (большой разнице между соседними точками по напряжению), поэтому было решено выбрать шаг равным 3 В.

Таблица 4.2.

Зависимость тока через резистор МЛТ-1 1кОм ± 10%

в зависимости от электрического напряжения на нем

Результаты измерений тока через резистор СН2-1 и напряжения на нем приведены в таблице 4.3. По совету преподавателя была применена другая методика проведения эксперимента. Регулятором блока питания подбиралось напряжение так, чтобы ток через резистор составлял заданную величину. Затем измерялось напряжение.

Таблица 4.3.

Зависимость падения напряжения на резисторе СН2-1 от тока через него

По данным из таблицы построен график, изображенный на рис. 4.3.

Как видно из графика, падение электрического напряжения на полупроводниковом резисторе СН2-1 нелинейно зависит от тока через него. Это значит, что для него закон Ома не выполняется.

Удобно считать, что варистор все-таки подчиняется закону Ома, но тогда приходится полагать электрическое сопротивление варистора зависящим от приложенного к нему напряжения . Так, по графику, с ростом падения напряжения на варисторе электрическое сопротивление последнего резко падает.

            Ясно, что такой резистор находит применение в специальных областях техники, в частности, согласно литературным данным, для стабилизации электрического напряжения, в том числе переменного.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе было проведено экспериментальное исследование зависимости тока через резистор от разности потенциалов (напряжения) на нем для резисторов трех типов: углеродистого ВС-1 1 кОм±10%, металлизированного МЛТ-1 1 кОм±10% и полупроводникового (варистора) СН2-1. Полученные результаты свидетельствуют о справедливости закона Ома для резисторов ВС-1 и МЛТ-1. Варистор же закону Ома не подчиняется.

ЛИТЕРАТУРА

1.      Жеребцов И.П. Основы электроники. Л.: Энергоатомиздат, 1985.- 352 с.

ПРИЛОЖЕНИЯ