DWÓJNI~1.DOC

LABORATORIUM Z ELEKTROTECHNIKI TEORETYCZNEJ

Wydział Elektryczny

Kierunek Elektrotechnika

R.ak. 1997/98 Sem.II  Studia dzienne inżynierskie

Grupa 1, Sekcja 5

ADAM DUDEK

OLIWER PALARZ

DWÓJNIKI KLASYCZNE, ELEMENTY OSOBLIWE I ICH POŁĄCZENIA.

Kondensator połączony szeregowo z rezystorem.

                                                               i  

                                                                                         u

Dwójnik charakteryzujący się zdolnością do akumulacji energii w polu elektrycznym. Krzywą zależności prądu od napięcia na kondensatorze opisuje równanie elipsy:

              (uc/|Em|)2 + (ic/w |Em|)2 = 1

                            e(t) = |Em| cos wt, uc(t) = e(t), ic(t) = C dUc/dt = - wc |Em| sin wt

Dla dowolnej chwili czasu moc chwilową reprezentują powierzchnie prostokątów. Magazynowanie energii (moc dodatnia) w polu elektrycznym następuje w I i III ćw., oddawanie

energii (moc ujemna) do źródła.

Charakterystyka rzeczywista  badanego układu jest wyraźnie zniekształcona i przesunięta .

Wartość dołączonej szeregowej rezystancji liniowej wpływa na pochylenie charakterystyki.   Spłaszczenie charakterystyki w osi napięcia może świadczyć o dużej susceptancji pojemnościowej.

Cewka połączona szeregowo z rezystorem.

           f  = 150Hz                                                        f  =  900Hz

                                  i                                                                                       i

                                                        u                                                                                        u        

Dwójnik charakteryzujący się zdolnością do akumulacji energii w polu magnetycznym. Krzywą zależności prądu od napięcia na kondensatorze opisuje równanie elipsy:

              (u/|Em|)2 + (i/|Em|/wL)2 = 1

Położenie poszczególnych fragmentów charakterystyki w odpowiednich ćwiartkach układu współrzędnych informuje o charakterze pracy elementu - w ćw. I i III następuje gromadzenie energii w polu magnetycznym (moc dodatnia) w ćw. II i IV oddawanie energii.

Wartość szeregowej rezystancji liniowej wpływa na pochylenie i rozciągnięcie charakterystyki, gdy wartość tej rezystancji jest minimalna, krzywa zbliża się do idealnej, nie osiągając jej jednak ze względu na pewną wartość rezystancji wewnętrznej cewki.

Ujemna rezystancja.

                                    i                                                                                      i      

                                                           u                                                                                      u

Dwójnik o ujemnej rezystancji, dla którego wzrost napięcia powoduje zmniejszanie się prądu i odwrotnie, wskutek wzrostu prądu zmniejsza się napięcie na jego zaciskach:

              u(t)=-Ri(t)

Charakterysytka idealna położona jest w II i IV ćwiartce i przechodzi przez początek układu współrzędnych u-i, idealna rezystancja ujemna dostarcza więc nieograniczonej mocy.

W przypadku elementu rzeczywistego, symulowanego odpowiednimi układami, otrzymanie charakterystyki rezystancji ujemnej w nieograniczonym zakresie napięć i prądów jest fizycznie niemożliwe. Stąd charakterystyka badanego układu realizuje właściwości ujemnej rezystancji jedynie w wąskim zakresie napięć.

Dioda połączona szeregowo z rezystorem.

                             i                                                                                 i       

                                                   u                                                                                    u

Dla elementu idealnego, spolaryzowanego w kierunku przewodzenia wartość napięcia  przewodzenia dąży do zera (Uf = 0), dla polaryzacji dwójnika w kierunku zaporowym, napięcie przebicia Up dąży do ¥  (Up = ¥ ).

W przypadku badanego elementu rzeczywistego, w zależności od wartości rezystancji szeregowej zmieniało się nachylenie charakterystyki  w I ćw., dla minimalnej wartości tej rezystancji charakterystyka ta staje się charakterystyką diody rzeczywistej. Nieznaczne odchylenie charakterystyki w I ćw. od osi prądu spowodowane jest spadkiem napięcia na złączu p-n (około 0,7V dla badanej diody krzemowej), natomiast drobne odchylenie tej charakterystki w IV ćw. od osi napięcia wynika z prądu wstecznego (rzędu nA) diody.

Dioda.

Kierunek przewodzenia                                                           kierunek zaporowy

                              i                                                                                        i  

                            Du

                                                          u 

Przy przepływie prądu w kierunku przewodzenia rezystancja złącza p-n jest niewielka i na diodzie występuje niewielki spadek napięcia DU. Przy zwiększaniu napięcia w kierunku zaporowym prąd wsteczny wzrasta w niewielkim stopniu , gdyż  dioda ma wtedy bardzo dużą rezystancję (rzędu 10^6 W) . Jednak po przekroczeniu pewnej wartości tego napięcia prąd wsteczny gwałtownie wzrasta.

Kondensator.

              150 Hz                                                                        900 Hz

                                   i                                                                                                       i

                                                                u                                                                                                

Dwójnik charakteryzujący się zdolnością do akumulacji energii w polu elektrycznym.

Równanie opisujące krzywą zależności prądu od napięcia ma postać :

Jeżeli dwójnik pojemnościowy bez ładunku początkowego zostanie włączony do dowolnego obwodu elektrycznego o wymuszeniach stałych , to w chwili włączenia jego napięcie jest równe zeru, natomiast prąd może przyjąć dowolne wartości ze zbioru liczb rzeczywistych. Po naładowaniu dwójnika prąd ten jest równy zeru , a napięcie ustalone jest parametrami obwodu , od których zależy także sposób przejścia do stanu ustalonego.                                                                      

5