Вах (вольт-амперна характеристика) н апівпровідникового діода

Викладач _______________________

Оцінка _________________ __________________

^(дата)

Лабораторна робота № 3

^{(Дата виконання)}

Заряд-розряд конденсатора

Мета роботи: Досліджувати процеси заряду та розряду конденсаторів в колі

постійного струму.

Обладнання:

І.

1. Лабораторний макет

2. Секундомір

ІІ.

1. Електричний конденсатор на10-30V ємністю 2000 мкФ

2. Мікроамперметр на 100 мкА, М-24

3. Вольтметр на 6В

4. Джерело електроживлення

5. Резистор на 50-100 кОм

6. Секундомір

7. Ключ замикання струму

8. Комплект проводів з'єднувальних

Теоретичні відомості

В електричному колі відбуваються включення та виключення джерел живлення, короткі замикання та різні перемикання. В наслідок чого в колі виникають перехідні процеси, які закінчуються через деякий час після перемикання. Усі ці переключення мають назву комутація .

Перехідні процеси виникають в колах, які вміщують конденсатори та котушки індуктивності, тому що вони мають здібність нагромаджувати і віддавати енергію магнітного і електричного полів. Перетворення енергії магнітного і електричного полів не може здійснюватись миттєво, для цього потрібен деякий час.

Перехідні струми І та напруги U знаходять як суму змушених і_зм та вільних і_в струмів напруг (u_зм та u_в )

і= і_зм + і_в

u = u _зм + u _в

Якщо інтегрувати ці рівняння, з'являються сталі, які визначають з початкових умов. Ці умови виникають з законів комутації.

ПЕРШИЙ ЗАКОН КОМУТАЦІЇ.

Струм у вітці з індуктивністю не може змінюватись стрибком. В першу мить перехідний струм зберігає те значення, яке він має в останню мить попереду комутації.

ДРУГИЙ ЗАКОН КОМУТАЦІЇ.

Напруга на конденсаторі не може змінюватися стрибком. Величина цієї напруги в мить попередньої комутації зберігається і в першу мить після комутації.

Конденсатор заряджається до різниці потенціалів джерела напруги, якщо конденсатор С з'єднати з джерелом енергії Е (Мал.1)

ЗАРЯД КОНДЕНСАТОРА

Якщо ключ К перевести в положення 1, обкладки конденсатора будут з'єднані з батареєю Е, та на них з'являються протилежні за знаком заряд "+" та "-".

Конденсатор заряджається і виникає електричне поле. Якщо конденсатор заряджається, вільні електрони правої пластини переміщуються в напрямку позитивного полюсу джерела Е і на цій пластині залишається недостатня кількість електронів. Пластина набуває позитивного заряду.

Вільні електрони з "-" полюсу батареї переміщуються на ліву пластину конденсатора і на ній з'являється надлишок електронів - негативний заряд.

Таким чином за рахунок руху електронів у колі тече електричний струм. Якщо між конденсатором і батареєю немає великого опору, то час заряду конденсатора малий. Струм тече короткочасний.

Якщо конденсатор заряджається, енергія джерела (батареї) перетворюється на енергію електричного поля, виникаючого між обкладками конденсатора.

Напруга на конденсаторі збільшується по експоненті:

де

 - стала часу, яка характеризує швидкість перехідного процесу

Зарядний струм також змінюється по експоненті

і _зм = 0.

Графіки перехідних процесів при заряді конденсатора мають вигляд:

Розряд конденсатора

Якщо ключ К встановити на контакт 2 (мал.1), пластини зарядженого конденсатора будуть з’єднані одна з одною. Відбувається розряд конденсатора, електричне поле між пластинами зникає.

Достатні електрони з лівої пластини переміщуються по проводах до правої частини, де їх не вистачає. Коли кількість електронів на обкладинках зрівняється, процес розряду закінчиться, струм зникає.

Енергія електричного поля конденсатора, при розряді конденсатора, витрачається на роботу по переміщенню зарядів - на створення електричного струму і виділяється на резисторі.

Час розряду конденсатора через дроти, що мають дуже малий опір, досить малий.

Напруга на конденсаторі зменшується по експоненті:

Сила струму також зменшується:

Графіки перехідних процесів при розряді конденсатора мають вигляд: