Pomiary w obwodach prądu stałego
Transkrypt
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