Изучение процессов зарядки и разрядки конденсатора с помощью виртуальных приборов | Статья в журнале «Молодой ученый»

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №4 (84) февраль-2 2015 г.

Дата публикации: 05.02.2015

Статья просмотрена: 334 раза

Библиографическое описание:

Данилов О. Е. Изучение процессов зарядки и разрядки конденсатора с помощью виртуальных приборов // Молодой ученый. — 2015. — №4. — С. 161-164. — URL https://moluch.ru/archive/84/15566/ (дата обращения: 20.07.2018).

В статье приведено описание системы учебных опытов для изучения процессов зарядки и разрядки конденсатора с помощью виртуального осциллографа, построенного на базе прибора NI myDAQ. Предлагаемая методика проведения измерений может быть реализована в процессе обучения физике и электротехнике.

Ключевые слова:виртуальный прибор, конденсатор, NI myDAQ, LabVIEW, электротехника.

 

При проведении лабораторных работ по физике и электротехнике мы применяем портативное устройство сбора данных NI myDAQ, в котором используется технология виртуальных приборов NI LabVIEW [1]. Оно хорошо подходит для изучения электроники, электротехники и сбора данных с помощью датчиков [2]. NI myDAQ обеспечивает функции аналогового ввода, аналогового вывода, цифрового ввода и вывода, аудиовхода и аудиовыхода, источника питания и цифрового мультиметра в компактном USB-устройстве. На его базе могут быть созданы следующие виртуальные приборы:

-          амперметр;

-          вольтметр;

-          омметр;

-          осциллограф;

-          функциональный генератор;

-          анализатор Бодэ;

-          динамический анализатор сигнала;

-          генератор сигналов произвольной формы;

-          считыватель цифровых сигналов;

-          генератор цифровых сигналов.

Кратко опишем методику использования виртуальных приборов на базе NI myDAQ для изучения конденсаторов. Целью эксперимента, который проводят обучающиеся, является экспериментальное исследование зависимости напряжения на конденсаторе от времени при его зарядке и разрядке. Исследование осуществляется с помощью схемы, изображенной на рис. 1. Для реализации эксперимента необходимо использовать два виртуальных прибора, входящих в состав NI myDAQ: генератор переменного напряжения и осциллограф, который позволяет выводить на экран два сигнала одновременно, что является очень важным в условиях данного исследования и позволяет обучающимся сравнивать напряжения на входе и на выходе собранной RC-схемы. На рис. 1 подключение осциллографа непосредственно к выходу генератора (входу RC-схемы) не показано. Изучая конденсатор, обучающиеся получают осциллограммы, представленные на рис. 2, 3, 4 и 5.

Описание: Pic-03

Рис. 1. Принципиальная схема экспериментальной установки

 

Обычно для изучения процессов зарядки и разрядки конденсатора используют электрическую цепь с ключом, с помощью которого конденсатор либо заряжают от источника, либо разряжают его через резистор. В нашем случае для этих целей используется генератор прямоугольных импульсов, тем самым автоматизируется процесс поочередной зарядки и разрядки конденсатора. В момент времени, когда напряжение на выходе генератора становится отличным от нуля, конденсатор начинает заряжаться (рис. 2). В этом случае напряжение на его обкладках меняется согласно закону:

где  — максимальное напряжение на выходе генератора, R — электрическое сопротивление резистора, C — емкость конденсатора, t — время. В момент времени, когда напряжение на выходе генератора становится равным нулю, конденсатор начинает разряжаться (рис. 2). Напряжение на его обкладках при этом изменяется согласно следующей зависимости:

Рассмотренные выше процессы, как уже было сказано выше, обучающиеся могут пронаблюдать с помощью виртуальных приборов: осциллографа и генератора (рис. 2).

Описание: Pic-12

Рис. 2. Визуализация процессов зарядки и разрядки конденсатора

 

Затем эти же процессы экспериментально изучаются при других частотах, установленных на генераторе (рис. 3 и 4). В результате обучающиеся убеждаются, что при больших частотах применение конденсатора в выпрямителях в качестве сглаживающего фильтра более эффективно, так как кривая напряжения становится ближе по своей форме к прямой (рис. 4).

Описание: Pic-15

Рис. 3. Протекание процессов зарядки и разрядки конденсатора при увеличении частоты импульсов генератора

 

Описание: Pic-14

Рис. 4. Существенное изменение частоты следования импульсов генератора

 

На рис. 5 продемонстрирована зависимость напряжения на обкладках конденсатора от времени в случае, когда время зарядки невелико и промежуток времени между электрическими импульсами существенно больше времени, в течение которого напряжение на выходе генератора отлично от нуля.

Описание: Pic-13

Рис. 5. Уменьшение времени зарядки конденсатора

 

Практика показывает, что использование технологии виртуальных приборов LabVIEW в процессе обучения физике, электротехнике и электронике существенно улучшает наглядность проводимых лабораторных исследований и за счет этого повышает эффективность обучения.

 

Литература:

 

1.                  Данилов О. Е. Применение компьютерных технологий в учебном физическом эксперименте / О. Е. Данилов // Молодой ученый. — 2013. — № 1. — С. 330–333.

2.                  Данилов О. Е. Экспериментальное изучение однофазных выпрямительных схем с помощью прибора NI myDAQ / О. Е. Данилов // Дистанционное и виртуальное обучение. — 2013. — № 12. — С. 105–114.

Основные термины (генерируются автоматически): выход генератора, разрядка конденсатора, зависимость напряжения, изучение процессов зарядки, конденсатор, генератор, напряжение, обучающийся, процесс обучения, момент времени.


Ключевые слова

виртуальный прибор, конденсатор, NI myDAQ, LabVIEW, электротехника.

Похожие статьи

Оперативное измерение электромагнитных релаксационных...

Релаксационные процессы весьма многообразны. Исследование электрических релаксационных процессов, связанных с зарядкой и разрядкой конденсаторов в RC–цепи, имеет большое значение для практической деятельности военного инженера любой...

Неисправности батарей статических конденсаторов...

Известно, что работа конденсаторных батарей зависит от напряжения на его зажимах.

Переходные процессы при коммутации батареи статических конденсаторов.

Выбор емкости конденсатора звена постоянного тока...

На интервалах времени, когда напряжение на конденсаторе выше уровня выпрямленного напряжения, диоды выпрямителя оказываются запертыми обратно приложенным напряжением конденсатора и идет процесс разряда конденсатора на нагрузку.

Разработка испытательного вибростенда на основе симбиоза баз...

Как только напряжение достигает максимума, открывается внутренний транзистор, который замыкает вывод DIS на «землю». В этот же момент на выходе OUT появляется логический ноль, конденсатор начинает разряжаться через выход DIS.

Выбор электрогенераторов для ветроэнергетических установок

Асинхронные генераторы не зависят от нестабильности напряжения. Когда конденсаторы используются для компенсации коэффициента мощности, есть риск возникновения самовозбуждения.

Расчет переходных процессов при помощи классического...

Напряжение на конденсаторе в момент коммутации сохраняет свое докоммутационное значение и в дальнейшем начинает изменяться с него

Решаем систему при помощью Maple 13 и получаем, что ток на катушке имеет следующую зависимость [6]

Теоретическое описание устройства дистанционного управления...

Избыток напряжения гасится на реактивном сопротивлении конденсатора С7.

Сам триггер, тем временем, резко разряжает конденсатор, в результате чего

Похожие статьи. Генератор звуковых сигналов аддитивного синтеза с использованием универсального параметра.

Исследование воздействия электрическими разрядами высокого...

1.Детальное изучение геолого-физических параметров продуктивного пласта

Лабораторный трансформатор работает в режиме регулирования напряжения на выходе от 0 до 220 В.

Напряжение с накопительного конденсатора поступает на электроды реактора и способствует...

Накопители электроэнергии как средство предотвращения...

Другой причиной является то, что при разряде напряжение на выходе аккумулятора меняется очень слабо, так что стабилизатор напряжения или не

Поэтому даже у лучших аккумуляторов КПД составляет не более 90 %, в то время, как у конденсаторов он может достигать 99 %.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Оперативное измерение электромагнитных релаксационных...

Релаксационные процессы весьма многообразны. Исследование электрических релаксационных процессов, связанных с зарядкой и разрядкой конденсаторов в RC–цепи, имеет большое значение для практической деятельности военного инженера любой...

Неисправности батарей статических конденсаторов...

Известно, что работа конденсаторных батарей зависит от напряжения на его зажимах.

Переходные процессы при коммутации батареи статических конденсаторов.

Выбор емкости конденсатора звена постоянного тока...

На интервалах времени, когда напряжение на конденсаторе выше уровня выпрямленного напряжения, диоды выпрямителя оказываются запертыми обратно приложенным напряжением конденсатора и идет процесс разряда конденсатора на нагрузку.

Разработка испытательного вибростенда на основе симбиоза баз...

Как только напряжение достигает максимума, открывается внутренний транзистор, который замыкает вывод DIS на «землю». В этот же момент на выходе OUT появляется логический ноль, конденсатор начинает разряжаться через выход DIS.

Выбор электрогенераторов для ветроэнергетических установок

Асинхронные генераторы не зависят от нестабильности напряжения. Когда конденсаторы используются для компенсации коэффициента мощности, есть риск возникновения самовозбуждения.

Расчет переходных процессов при помощи классического...

Напряжение на конденсаторе в момент коммутации сохраняет свое докоммутационное значение и в дальнейшем начинает изменяться с него

Решаем систему при помощью Maple 13 и получаем, что ток на катушке имеет следующую зависимость [6]

Теоретическое описание устройства дистанционного управления...

Избыток напряжения гасится на реактивном сопротивлении конденсатора С7.

Сам триггер, тем временем, резко разряжает конденсатор, в результате чего

Похожие статьи. Генератор звуковых сигналов аддитивного синтеза с использованием универсального параметра.

Исследование воздействия электрическими разрядами высокого...

1.Детальное изучение геолого-физических параметров продуктивного пласта

Лабораторный трансформатор работает в режиме регулирования напряжения на выходе от 0 до 220 В.

Напряжение с накопительного конденсатора поступает на электроды реактора и способствует...

Накопители электроэнергии как средство предотвращения...

Другой причиной является то, что при разряде напряжение на выходе аккумулятора меняется очень слабо, так что стабилизатор напряжения или не

Поэтому даже у лучших аккумуляторов КПД составляет не более 90 %, в то время, как у конденсаторов он может достигать 99 %.

Задать вопрос