Pomiary w obwodach prądu stałego

Ćwiczenie M 1
Pomiary w obwodach prądu stałego
Laboratorium Elektrotechniki i elektroniki
Grupa studencka . . . . . . . . grupa lab. . . . . . . . . Data wykonania ćwiczenia: . . .
Imię i nazwisko
Data zaliczenia
Ocena
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
1.1
Pomiary natężenia prądu
a) amperomierzem,
⋆ Układ pomiarowy przedstawiono na rysunku 1.1. Rezystory R1 i R2 zapewniają regulację
prądu. Gdy R1 ≫ R2 to rezystorem R2 regulujemy prąd zgrubnie a R1 dokładnie.
⋆ Rb – bocznik, który posiada dwa zaciski prądowe „I” i dwa napięciowe „U”.
b) miliwoltomierzem z bocznikiem.
⋆ Rd – rezystor rozszerzający zakres pomiarowy woltomierza.
Rys. 1.1: Pomiar natężenia prądu
Rys. 1.2: Pomiar napięcia
1
Ib
A
α
dz
Iw = Cα
A
gdzie:
1.2
C
α
–
–
stała miliwoltomierza z bocznikiem
wychylenie miliwoltomierza w działkach
Pomiar napięcia odbiornika
a) woltomierzem,
⋆ Układ pomiarowy przedstawiono na rysunku 1.2. Rezystory R1 i R2 zapewniają regulację
napięcia. Gdy R1 ≫ R2 to rezystorem R2 regulujemy napięcie zgrubnie a R1 dokładnie.
b) woltomierzem z zewnętrznym posobnikiem.
Ub
V
Uw
V
δ
%
gdzie:
δ=
Uz
1.3
–
Uw − Ub
100%
Uz
zakres pomiarowy badanego woltomierza
Pomiar rezystancji i mocy odbiornika za pomocą amperomierza i woltomierza
Układ pomiarowy przedstawiono na rysunku 1.3. Dokładny pomiar napięcia na odbiorniku R, gdy przełącznik P znajduje się w pozycji 1. Układ stosuje się dla R ≪ RV . Natomiast gdy przełącznik P znajduje
się w pozycji 2 mierzymy dokładnie prąd płynący przez odbiornik R i stosujemy dla R ≫ RA
Rys. 1.3: Pomiar rezystancji metodą techniczną
Dokładny pomiar napięcia
U
Rx
V
Ω
I
A
P
W
I
A
gdzie:
Rx =
UV
IA
P = UV IA
2
Dokładny pomiar prądu
U
Rx
V
Ω
P
W
1.4
Pomiar rezystancji omomierzem (wstępny) i tych samych
rezystancji technicznym mostkiem Wheatstone’a
Układ pomiarowy przedstawiono na rysunku 1.4.
Rezystancję mierzoną Rx wyznacza się z zależności:
Rx = R2
R3
R4
Omomierz
Rx
Ω
(1.1)
Techniczny mostek Wheatstone’a
Rx
Ω
Rys. 1.4: Mostek Wheatstone’a
1.5
Pomiar rezystancji technicznym mostkiem Thomsona
Układ pomiarowy przedstawiono na rysunku 1.5.
Rezystancję mierzoną Rx wyznacza się z zależności 1.1 (tej samej co i dla mostka Wheatstone’a),
jeśli spełniony jest związek:
R3′
R′
= 4
R3
R4
α
dz
Rys. 1.5: Mostek Thomsona
3
(1.2)
Mnożnik
–
Rx
Ω
Potwierdzenie wykonania ćwiczenia:
Podpis prowadzącego Uwagi prowadzącego o zakresie pomiarów
Sprawozdanie:
1. Schematy układów pomiarowych, opis użytych przyrządów.
2. Tabele wyników pomiarowych.
3. Porównanie wyników uzyskanych z różnych metod pomiaru tej samej wielkości.
4. Analiza uchybów pomiarów.
Literatura:
1. E. Koziej, B. Sochoń: Elektrotechnika i elektronika,rozdz.:12.3, 12.7, 13.1.1,13.1.4.
2. F. Przeździecki :Elektrotechnika i elektronika,rozdz.:2.1.1.1, 2.1.1.5, 2.1.1.6
4
Ćwiczenie M 2
Pomiary w obwodach prądu
przemiennego
Laboratorium Elektrotechniki i elektroniki
Grupa studencka . . . . . . . . grupa lab. . . . . . . . . Data wykonania ćwiczenia: . . .
Imię i nazwisko
Data zaliczenia
Ocena
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
2.1
Pomiary napięcia, prądu i mocy czynnej dla obciążenia różnego typu
Schemat układu pomiarowego przedstawia rysunek 2.1.
Rys. 2.1: Pomiar mocy czynnej
Typ
odbiornika
R
RL
RC
RLC
2.2
U
V
I
A
P
W
Z=
Ω
U
I
R = IP2
Ω
X=
√
Z 2 − R2
Ω
cos (ϕ) =
P
UI
Pomiary wartości średniej, skutecznej i maksymalnej napięcia
Schemat układu pomiarowego przedstawia rysunek 2.2. Woltomierz V1 służy do pomiaru wartości skutecznej natomiast V2 do pomiaru wartości średniej (wyłącznik otwarty) lub maksymalnej (wyłącznik
5
zamknięty).
Wartości średnia i skuteczna napięcia
są zdefiniowane wyrażeniami, odpowiednio 2.1 i 2.2.
Z T2
2
Usr =
U (t) dt
(2.1)
T 0
s
Z T
1
U 2 (t) dt
(2.2)
U=
T 0
Rys. 2.2: Pomiar wartości średniej i maksymalnej napięcia
Pomiary
U
V
2.3
Umax
V
Obliczenia
Usr
V
U√
max
2
2
π Umax
V
V
Rezonans napięć i prądów
Układ pomiarowy do badania rezonansu napięć i prądów są przedstawione odpowiednio na rysunkach 2.3
i 2.4.
Przy pominięciu wpływu rezystancji bocznika (Rb ≪ R) częstotliwość dla rezonansu napięć wynosi:
fr =
1
√
2π LC
(2.3)
natomiast częstotliwość dla rezonansu prądów:
s
1
R2
√
1− L
fr =
2π LC
C
(2.4)
Rys. 2.3: Rezonans napięć – układ pomiarowy
Rys. 2.4: Rezonans prądów – układ pomiarowy
6
Rezonans napięć
f
U
I
kHz
mV
mA
f
U
I
kHz
mV
mA
Rezonans prądów
Potwierdzenie wykonania ćwiczenia:
Podpis prowadzącego Uwagi prowadzącego o zakresie pomiarów
Sprawozdanie:
1. Schematy i opisy układów pomiarowych.
2. Wyniki pomiarów, obliczenia.
Literatura:
1. E. Koziej, B. Sochoń: Elektrotechnika i elektronika,rozdz.:7.10, 12.3.1, 12.3.2, 12.4, 12.5, 13.1.2
2. F. Przeździecki :Elektrotechnika i elektronika,rozdz.:2.1.1.2, 2.1.1.3, 2.1.1.5, 2.1.1.6, 2.2.2.1.
7
Ćwiczenie M 3
Pomiary w układach trójfazowych
Laboratorium Elektrotechniki i elektroniki
Grupa studencka . . . . . . . . grupa lab. . . . . . . . . Data wykonania ćwiczenia: . . .
Imię i nazwisko
Data zaliczenia
Ocena
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
3.1
Wyznaczanie kolejności faz oraz pomiary napięć fazowych
i międzyprzewodowych sieci zasilającej
UA
V
3.2
Napięcia fazowe
UB
V
Napięcia międzyprzewodowe
UAB
UAC
UBC
V
V
V
UC
V
Pomiary mocy czynnej i biernej w układzie trójfazowym
Schematy układów pomiaru mocy czynnej przedstawiają rysunki 3.1 i 3.2.
Rys. 3.1: Pomiar mocy czynnej trzema watomie- Rys. 3.2: Pomiar mocy czynnej metodą Arona
rzami
8
P1
Pomiar mocy czynnej
trzema watomierzami
dwoma watomierzami
3
2
X
X
P2
P3
P =
Pi
P1
P2
P =
Pi
i=1
W
W
W
W
i=1
W
W
W
Schemat układu do pomiaru mocy biernej przedstawia rysunek 3.3.
Rys. 3.4: Realizacja odbiornika
Rys. 3.3: Pomiar mocy biernej
Pomiar mocy biernej trzema watomierzami
3
1 X
P1
P2
P3
Q= √
Pi
3 i=1
W
W
W
VAr
Potwierdzenie wykonania ćwiczenia:
Podpis prowadzącego Uwagi prowadzącego o zakresie pomiarów
Sprawozdanie:
1. Schematy i opisy układów pomiarowych.
2. Wyniki pomiarów, obliczenia.
Literatura:
1. E. Koziej, B. Sochoń: Elektrotechnika i elektronika,rozdz.:12.4, 12.5, 13.1.2.
2. F. Przeździecki :Elektrotechnika i elektronika,rozdz.:2.1.1.2, 2.1.1.3, 2.1.1.5, 2.1.1.6, 2.2.2.2.
9
Ćwiczenie M 4
Badanie i zastosowanie oscyloskopu
elektronicznego
Laboratorium Elektrotechniki i elektroniki
Grupa studencka . . . . . . . . grupa lab. . . . . . . . . Data wykonania ćwiczenia: . . .
Imię i nazwisko
Data zaliczenia
Ocena
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
4.1
Zapoznanie się z obsługą oscyloskopu
Uwagi:
– części metalowe obudowy oscyloskopu, „zero” sond oraz jedna z płytek odchylających w pionie
i poziomie mają wspólny potencjał,
– mierzone wielkości fizyczne muszą być zamienione na napięcia o wspólnym potencjale odniesienia.
4.2
Obserwacja przebiegów czasowych napięć i prądów, pomiar
wielkości charakterystycznych tych przebiegów
Układ pomiarowy został przedstawiony na rysunku 4.1.
Uwaga: napięcie zasilające U1 może być różne od 220V .
Należy wykonać następujące pomiary:
układ a) na rysunku 4.1
– amplitudy U1m napięcia u1 ,
– amplitudy U2m napięcia u2 ,
– częstotliwość napięcia u2 .
układ b) na rysunku 4.1
– amplitudy napięcia wyjściowego mostka Greatza – sonda y(1) ,
– amplitudy składowej zmiennej napięcia wyjściowego – sonda y(2)
– wartości składowej stałej napięcia uRC ,
– częstotliwości składowej zmiennej napięcia uRC .
10
Rys. 4.1: Obserwacja przebiegów czasowych
4.3
Pomiar kąta przesunięcia fazowego metodą elipsy
Układ pomiarowy został przedstawiony na rysunku 4.2.
Uwaga: wartość R nie powinna być zbyt mała.
Należy wykonać następujące pomiary:
a) kąta ϕ12 między u1 oraz u2 (rysunek 4.3),
b) kąta ϕ1R między u1 oraz iR (rysunek 4.4),
c) napięcia UR .
Obliczenie:
IR =
Rys. 4.2: Przesuwnik fazowy RC
UR
XC ctg ϕ1R
Rys. 4.4: Pomiar kąta ϕ12 między u1 oraz iR
Rys. 4.3: Pomiar kąta ϕ12 między u1 oraz u2
Kąt przesunięcia fazowego wyznacza się zgodnie z zależnościami podanymi na rysunku 4.5.
4.4
Obserwacja charakterystyki elementu nieliniowego
Układ pomiarowy został przedstawiony na rysunku 4.6.
Objaśnienia do pomiaru charakterystyki: Bsr = Bsr (Hsr ) (oznaczenia zgodne z rysunkiem 4.7):
I
lF e
H dl = z1 i1 ⇒ i1 =
Hsr
z1
Z
Φ=
B dS = S Bsr
S
11
Rys. 4.5: Wyznaczanie kąta przesunięcia fazowego metodą elipsy
Rys. 4.6: Wyznaczanie pętli histerezy
dΨ
XC ∼
= 3200Ω ≪ R2 = 1M Ω ⇒ uR2 ∼
= e2 = −
dt
Z
UR2 ∼ z2 dΦ2
z2 d
z2 S dBsr
i2 =
=−
B dS = −
=−
R2
R2 dt
R2 dt S
R2 dt
uR1 (t) = R1 i1 (t) =
lF e R1
Hsr
z1
Rys. 4.7: Wyznaczanie pętli histerezy – oznaczenia
12
uC (t) =
1
C
Z
t
i2 dt = −
1
C
Z t
z2 S dBsr
R2 dt
dt = −
z2 S
Bsr
C R2
Potwierdzenie wykonania ćwiczenia:
Podpis prowadzącego Uwagi prowadzącego o zakresie pomiarów
Sprawozdanie:
1. Schematy i opisy układów pomiarowych.
2. Wyniki pomiarów, obliczenia.
Literatura:
1. E. Koziej, B. Sochoń: Elektrotechnika i elektronika,rozdz.:12.9.2.
2. F. Przeździecki :Elektrotechnika i elektronika,rozdz.:5.1.1.5, 5.2.4.2.
13
Ćwiczenie M 5
Charakterystyki podstawowych
elementów elektronicznych
Laboratorium Elektrotechniki i elektroniki
Grupa studencka . . . . . . . . grupa lab. . . . . . . . . Data wykonania ćwiczenia: . . .
Imię i nazwisko
Data zaliczenia
Ocena
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
5.1
Pomiar charakterystyk I = I (U ) diod i tyrystora
Układ do pomiaru charakterystyki I = I (U ) diod i tyrystora znajduje się na rysunku 5.1.
Rys. 5.1: Układ do pomiaru charakterystyk diod i tyrystora
5.2
Pomiar charakterystyki wyjściowej tranzystora Ic = Ic (Uce )
Układ do pomiaru charakterystyki wyjściowej tranzystora zaprezentowano na rysunku 5.2.
14
Rys. 5.2: Układ do pomiaru charakterystyki wyjściowej tranzystora
Potwierdzenie wykonania ćwiczenia:
Podpis prowadzącego Uwagi prowadzącego o zakresie pomiarów
Sprawozdanie:
1. Schematy i opisy układów pomiarowych.
2. Wyniki pomiarów, obliczenia.
Literatura:
1. E. Koziej, B. Sochoń: Elektrotechnika i elektronika, rozdz.:10.
2. T. Masewicz :Radiotechnika dla praktyków, rozdz.:1.
15
Ćwiczenie M 6
Zasilacz elektroniczny, wzmacniacz
operacyjny, elementy cyfrowe (dwa
do wyboru)
Laboratorium Elektrotechniki i elektroniki
Grupa studencka . . . . . . . . grupa lab. . . . . . . . . Data wykonania ćwiczenia: . . .
Imię i nazwisko
Data zaliczenia
Ocena
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
6.1
Zasilacz elektroniczny
a) obserwacja i pomiar napięć na mostku Graetza bez i z filtrem RC,
Wartość maksymalna napięcia wyprostowanego
Wartość średnia napięcia wyprostowanego
Wartość maksymalna napięcia wstecznego
V
V
V
b) obciążyć zasilacz opornicą suwakową (nie przekraczać prądu 0.8A) i powtórzyć obserwację
napięć w układzie przy pomocy oscyloskopu (obserwacja składowej zmiennej),
Rys. 6.1: Układ zasilacza elektronicznego
16
c) dokonać pomiaru charakterystyki wyjściowej Uwyj = Uwyj (Iwyj ),
⋆ dla stabilizatora parametrycznego w zakresie 0 ÷ 40mA,
⋆ dla stabilizatora kompensacyjnego w zakresie 0 ÷ 0.8A,
d) wyznaczyć rezystancję wewnętrzną stabilizatorów.
U
I
U
I
6.2
V
A
Stabilizator parametryczny
Rwew
Ω
Stabilizator kompensacyjny
Rwew
Ω
V
A
Wzmacniacz operacyjny
a) badanie wzmocnienia układu,
⋆ połączyć wzmacniacz według schematu ideowego przedstawionego na rysunku 6.2,
⋆ mierzyć amplitudę napięcia wejściowego i wyjściowego oscyloskopem,
⋆ pomiary wykonać dla różnych wartości rezystancji R (wykorzystać rezystory dodatkowe).
Rys. 6.2: Układ do badania wzmocnienia wzmacniacza
Rys. 6.3: Wzmacniacz operacyjny jako integrator
R1
R2
R3
Uwe
Uwy
Uwy
Uwe
b) wzmacniacz operacyjny jako integrator,
⋆ zasilić układ generatorem fali prostokątnej (rysunek 6.3), dobrać amplitudę napięcia
wejściowego E = 0.2Vpp dla częstotliwości f = 37Hz, przy zastosowaniu dzielnika 20 dB
(czułość oscyloskopu na obu wejściach 0.1 V /DIV , tryb pracy „CHOP”),
⋆ zmierzyć amplitudę otrzymanego napięcia piłokształtnego, która odpowiada zależności:
Z T2
1
E T
max
Uwy =
Uwe dt =
R1 C1 0
R1 C1 2
⋆ zmierzyć przesunięcie fazowe wnoszone przez układ metodą elipsy,
17
Rys. 6.4: Wzmacniacz operacyjny w układzie sumacyjnym
c) sumacyjna praca wzmacniacza,
⋆
⋆
⋆
⋆
⋆
6.3
połączyć układ według schematu na rysunku 6.4),
potencjometrem P1 ustwić napięcie, E1 = −2V ,
potencjometrem P2 ustwić napięcie, E2 = 1V ,
dokonać odczytu napięcia na woltomierzu Uwy =
sprawdzić zależność:
E1
E2
Uwy = −R3
+
R1
R2
Elementy cyfrowe
a) element funkcjonalny,
Rys. 6.5: Schemat elementu funkcjonalnego
b) sprawdzenie zgodności funkcjonowania elementów AND, NAND, OR, NOR, z tablicami
prawdy,
Rys. 6.7: Elementy OR, NOR
Rys. 6.6: Elementy AND, NAND
x1
tablica prawdy
0
0
1
1
x1
AND
0
0
0
1
0
1
0
1
18
y
NAND
1
1
1
0
OR
0
1
1
1
NOR
1
0
0
0
c) wykonanie elementu NOT przy pomocy NAND i sprawdzenie jego działania,
Rys. 6.8: Schemat wykonania elementu NOT przy pomocy NAND
d) sprawdzenie funkcjonowania przerzutnika RS.
R
1
1
0
0
Rys. 6.9: Schemat przerzutnika RS
tablica prawdy
S Q
Q
1
stan niestabilny
0
0
1
1
1
0
0
stan poprzedni
Potwierdzenie wykonania ćwiczenia:
Podpis prowadzącego Uwagi prowadzącego o zakresie pomiarów
Sprawozdanie:
1. Schematy i opisy układów pomiarowych.
2. Wyniki pomiarów, obliczenia.
Literatura:
1. E. Koziej, B. Sochoń: Elektrotechnika i elektronika, str.:260 – 274.
2. Z. Kulka, M. Nadachowski: Liniowe układy scalone i ich zastosowanie, str.: 21 –27, 171 – 172,
229.
19