Общие требования при прохождении лабораторного практикума

С.М. Зраенко, В.П. Гуляев

ОСНОВЫ ТЕОРИИ ЦЕПЕЙ

Методические указания к лабораторным работам № 1 – 5

для студентов всех форм обучения

технических специальностей и направлений

Екатеринбург

ББК 31.21

УДК 621.372

Составители: С.М. Зраенко, В.П. Гуляев

Рецензент: доцент, кандидат технических наук Б.В. Семенов

Основы теории цепей: Методические указания к лабораторным работам № 1-5 /С.М. Зраенко, В.П. Гуляев – Екатеринбург: УрТИСИ ГОУ ВПО «СибГУТИ», 2009. – 46 с.

Методические указания включают описание пяти лабораторных работ, методику проведения измерений и требования, предъявляемые к студентам при прохождении лабораторного практикума.

Рекомендовано НМС УрТИСИ ГОУ ВПО «СибГУТИ» в качестве методических указаний к лабораторным работам № 6-10 для студентов всех форм обучения технических специальностей.

ББК 31.21

УДК 621.372

Кафедра общепрофессиональных дисциплин технических специальностей

© УрТИСИ ГОУ ВПО «СибГУТИ», 2009

Содержание

Общие требования при прохождении лабораторного практикума
Лабораторная работа №1. Изучение реальных элементов цепей, лабораторного стенда и методики проведения измерений
Лабораторная работа № 2. Исследование последовательных RC, RL и RLC - цепей при гармоническом воздействии
Лабораторная работа № 3. Исследование индуктивно связанных цепей
Лабораторная работа № 4. Исследование последовательного колебательного контура
Лабораторная работа № 5. Исследование пассивных четырехполюсников
Литература
Приложение

ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ ПРИ ПРОХОЖДЕНИИ ЛАБОРАТОРНОГО ПРАКТИКУМА

1. Цель:

Экспериментальное подтверждение теоретических положений, ознакомление с типовыми измерительными приборами и овладение методикой основных электрических измерений.

Выполнение каждой работы состоит из трех основных этапов:

1. Домашняя подготовка.

2. Выполнение эксперимента в лаборатории.

3. Составление отчета.

2. Домашняя подготовка:

Во время домашней подготовки к лабораторной работе студент обязан:

а) внимательно ознакомиться с соответствующими теоретическими разделами дисциплины;

б) выполнить требуемые предварительные расчеты и построить графики, заданные в расчетной части лабораторной работы (числовые данные для расчетов помещены в Приложении к настоящим методическим указаниям);

в) составить необходимые принципиальные и монтажные схемы эксперимента, продумать назначение каждого прибора и элементов лабораторного стенда, а также порядок их включения и методику проведения лабораторной работы;

г) подготовить ответы на контрольные вопросы.

3. Выполнение эксперимента в лаборатории:

Непосредственному выполнению каждой лабораторной работы предшествует теоретический коллоквиум - проверка подготовленности студентов. При этом студент представляет преподавателю оформленный отчет по предыдущей работе и все расчеты, графики и схемы, относящиеся к данной работе.

Если предъявляемый материал признан удовлетворительным, преподаватель задает контрольные вопросы, касающиеся предстоящей лабораторной работы.

Если материалы, представленные студентом, или его ответы на контрольные вопросы признаны неудовлетворительными, студент к выполнению лабораторной работы не допускается.

Студенты, допущенные к выполнению работы, выполняют ее в соответствии с настоящими указаниями.

Перед проведением цикла лабораторных работ, все студенты должны быть ознакомлены (под расписку) с инструкцией по технике безопасности и правилами внутреннего распорядка в лаборатории.

Лабораторные работы выполняются бригадами в часы, предусмотренные расписанием занятий. Состав бригады не более трех человек.

При сборке установки студенты должны обращать особое внимание на выполнение монтажных схем. Монтажную схему следует собирать, используя наименьшее количество соединительных проводов. Все контактные соединения должны быть надежными и выполнены технически грамотно. В качестве нулевого потенциала следует выбирать шину с наибольшим количеством соединенных гнезд. При необходимости можно производить «размножение» гнезд соответствующим соединением с не занятыми в монтаже шинами.

Расчеты, основанные на экспериментальных данных, выполняются в лаборатории в процессе работы.

Экспериментальная часть работы считается выполненной после просмотра и утверждения черновика преподавателем.

4. Составление и сдача отчета:

Все отчеты по лабораторным работам выполняются на листах стандартного формата. После защиты и сдачи отчета преподавателю студент получает зачет по проделанной лабораторной работе.

В отчете должны быть отражены:

- Наименование и цель работы;

- Перечень применяемых в лабораторных исследованиях приборов с указанием их типов;

- Результаты по выполненным расчетным домашним заданиям с кратким обоснованием методики расчета, необходимыми формулами и полученными результатами. Значения символов и числовых коэффициентов, входящих в формулы, расшифровываются в тексте отчета;

- Экспериментальная часть работы. Указывается наименование эксперимента, приводятся необходимые принципиальные схемы эксперимента и пояснения к проводимым экспериментам. Результаты проведенных экспериментов должны быть представлены в виде таблиц, необходимых расчетов с пояснениями выполняемых действий и графиков. Необходимые графики вычерчиваются на миллиметровой бумаге с обязательным наименованием каждого графика, обозначением величин, откладываемых по осям и с указанием масштаба. При размещении рисунков и графиков в тексте их размер должен быть не менее 10´15 см, при этом они должны помещаться после первого упоминания в тексте или в конце отчета в виде приложения.;

- Выводы по выполненной работе. В выводах необходимо отобразить сравнение результатов домашнего расчета и результатов экспериментального исследования с объяснением возможно полученных расхождений.

Защита и сдача отчета проводится индивидуально каждым студентом.

5. Описание приборов и методика проведения измерений:

При прохождении лабораторного практикума в лаборатории ОТЦ с помощью стандартных приборов производятся наблюдения формы и измерения параметров сигналов на элементах электрических схем, собираемых из компонентов лабораторного стенда. При этом используются генераторы низкой частоты, осциллографы и универсальные вольтметры. Для обеспечения безопасности выполняемых работ корпуса генераторов низкой частоты и осциллографов соединены с общей шиной заземления, проложенной в лаборатории. Для проведения лабораторных экспериментов, в первую очередь, необходимо ознакомиться с приборами, входящими в состав лабораторного комплекса и с методиками проведения измерений этими приборами. Общий вид и состав лабораторного комплекса для проведения лабораторных экспериментов представлен на рис. 1.1. Порядок ознакомления с измерительными приборами следующий:

1. Внимательно рассмотреть надписи на лицевой панели измерительного прибора (в некоторых приборах такие надписи расположены как на лицевой так и на боковых панелях). Все надписи и обозначения на панелях измерительных приборов объединены в функциональные группы, по которым можно определить диапазоны измеряемых величин, вид измеряемой величины (постоянная либо переменная во времени, импульсная либо гармоническая и т.п.), функции управления прибором для проведения измерений, разъемы для подключения прибора к исследуемой установке.

2. Изучить методики конкретных измерений, рассмотренные ниже.

3. Такие приборы как осциллограф и низкочастотный генератор имеют контакты (клеммы) «заземления» (нулевой потенциал), которые подключают к общей шине заземления в лаборатории для безопасной работы с этими приборами. Клемма «заземления» этих приборов расположена на задней панели прибора. Как правило, нулевой потенциал таких приборов объединен с нулевым потенциалом входных и выходных разъемов, поэтому при подключении таких приборов к исследуемой схеме необходимо соблюдать следующее правило: нулевой потенциал измерительного прибора подключают к общему потенциалу собранной на лабораторном стенде исследуемой схемы, а сигнальный потенциал - к гнезду (точке исследуемой схемы), в котором необходимо осуществить измерение либо ввести необходимое возбуждающее исследуемую схему воздействие (входной сигнал исследуемой схемы). В соединительных проводах (кабель с высокочастотным разъемом) длинный провод подсоединен к нулевому потенциалу измерительного прибора, а короткий – к сигнальному потенциалу.

На панелях измерительных приборов приняты следующие основные обозначения:

Рис. 1.1. Общий вид лабораторного комплекса

ГЕНЕРАТОР НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ (Г3-111, Г3-118 и т.п.) представляет собой источник синусоидальных колебаний звуковых и ультразвуковых частот. Диапазон частот ГНЧ, как правило, лежит в пределах от 20 до 200000 Гц и перекрывается с помощью нескольких поддиапазонов. В некоторых генераторах используется дискретная установка частоты.

Выходное сопротивление генератора рассчитано на согласованные нагрузки, обычно 5 Ом, 50 Ом или 600 Ом.

Изменение выходного напряжения (в диапазоне от 0 до 10 В) может осуществляться плавно, а в некоторых генераторах также и с помощью аттенюатора ступенями через 10 дБ относительно установленного уровня.

Применяемые в лабораторных исследованиях генераторы сигналов низкой частоты представлены на рис. 1.2 и рис. 1.3.

Рис. 1.2. Генератор сигналов низкочастотный Г3-118 с дискретной установкой частоты генерируемых гармонических сигналов

УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ВОЛЬТМЕТР (В7-38, В7-58 и т.п.) предназначен для измерения постоянного и переменного напряжений, а также резистивных сопротивлений пассивных двухполюсников.

Как правило, диапазон измеряемых постоянных напряжений от 0,01 до 300 - 1000 В, переменного напряжения синусоидальной формы (действующее значение напряжения) от 0,1 до 300 - 1000 В в частотном диапазоне от 20 Гц до 20 КГц (по высокочастотному входу в частотном диапазоне 1 КГц – 300 - 1000 МГц), омического сопротивления от 5 Ом до 1000 Мом и более. Входное сопротивление прибора, как правило, зависит от вида проводимых измерений и может составлять

Рис. 1.3. Генератор сигналов низкочастотный Г3-112 с плавной установкой частоты генерируемых гармонических и импульсных сигналов

при измерении постоянного напряжения 30 МОм, при измерении переменного напряжения 5 МОм на частоте 5 КГц, при измерении переменного напряжения пробником 75 КОм на частоте 100 МГц.

Применяемые в лабораторных исследованиях универсальные вольтметры представлены на рис. 1.4 и рис. 1.5.

Как правило, диапазон измеряемых постоянных напряжений от 0,01 до 300 - 1000 В, переменного напряжения синусоидальной формы от 0,1 до 300 - 1000 В в частотном диапазоне от 20 Гц до 20 КГц (по высокочастотному входу в частотном диапазоне 1 КГц – 300 - 1000 МГц), омического сопротивления от 5 Ом до 1000 Мом и более. Входное сопротивление прибора, как правило, зависит от вида проводимых измерений и может составлять при измерении постоянного напряжения 30 МОм, при измерении переменного напряжения 5 МОм на частоте 5 КГц, при измерении переменного напряжения пробником 75 КОм на частоте 100 МГц.

Подготовка к измерениям

1. Внимательно ознакомиться с надписями и условными обозначениями на лицевой панели прибора.

2. Включить тумблер "СЕТЬ". О включении свидетельствует свечение индикатора.

3. При помощи проводников подключить входные гнезда вольтметра к исследуемому двухполюснику.

Рис. 1.4. Универсальный вольтметр В7-38

Проведение измерений

1) Измерение постоянного напряжения.

- нажать клавишу с обозначением постоянного напряжения «V=» и, при необходимости, выбрать диапазон измеряемого напряжения.

2) Измерение переменного напряжения.

- нажать клавишу с обозначением переменного напряжения «V ~» и, при необходимости, выбрать диапазон измеряемого напряжения;

3) Измерение сопротивления постоянному току.

- подключить измеряемое сопротивление к входным гнездам вольтметра;

- нажать клавишу «КW»;

- при необходимости выбрать диапазон измеряемого сопротивления нажатием соответствующей клавиши функционального поля режимов измерения омических сопротивлений;

- произвести отсчет измеряемой величины.

Рис. 1.5. Универсальный вольтметр В7-58

ОСЦИЛЛОГРАФ (С1-73, С1-68 и т. п.) предназначен для исследования форм электрических сигналов в диапазоне частот от 0 до 5 МГц путем визуального наблюдения их амплитуд в диапазоне от 0,01 - 0,02 до 120 В и временных интервалов от 0,4 до 0,1 – 0,5 с. Входное сопротивление около 1 МОм, входная емкость 35 - 50 пФ. Входное сопротивление усилителя горизонтального отклонения (вход "Х") - не менее 50 КОм, входная емкость - не более 25 – 30 пФ. Применяемый в лабораторных исследованиях осциллограф представлен на рис. 1.6.

Органы управления и их назначение

Органы управления осциллографом можно условно разделить на две группы:

а) органы управления электронным лучом,

б) органы регулировки вертикального отклонения луча, синхронизации и развертки.

Эти же органы используются при выполнении измерений амплитуды и длительности. К первой группе относятся регулировка яркости "Яркость", фокусировка луча "Фокус", смещение луча по вертикали " " и горизонтали ". С их помощью устанавливается четкое изображение исследуемого сигнала в нужном месте на экране осциллографа. Ко второй группе относятся следующие регулировки: делитель входного напряжения "V/ДЕЛ", ручка плавной регулировки усиления по вертикали "УСИЛЕНИЕ", ручка установки скорости развертки луча по горизонтали "mS/ДЕЛ", ручка плавной регулировки скорости развертки "ПЛАВНО", органы регулировки синхронизации: "СИНХР.", "СТАБ.", "УРОВЕНЬ". При помощи этих органов достигается синхронизация развертки луча и исследуемого сигнала, то есть устанавливается устойчивое изображение на экране, а также производится измерение амплитуды и временных интервалов.

На правой стенке корпуса осциллографа расположены органы для подключения исследуемых сигналов (рис. 1.7).

Рис. 1.6. Осцилограф С1-73

Рис. 1.7. Панель входного сигнала

На левой стенке корпуса осциллографа расположены органы для управления уровнем синхронизации (1:1 или 1:10) и переключения из режима развертки (осциллографический режим) в режим усиления по координате Х (Рис.1.8).

Рис. 1.8. Панель управления режимом работы горизонтальной развертки

Порядок работы с прибором

1. Включите тумблер "ПИТАНИЕ" на передней панели осциллографа. При этом должна загореться сигнальная лампочка. Дайте осциллографу прогреться в течение 2 - 3 мин. Приступите к подстройке режимов и проверке работоспособности осциллографа.

2. Ручками "ЯРКОСТЬ" и "ФОКУС" установите яркость и четкость изображения, удобные для наблюдения.

3. Ручками горизонтального " " и вертикального " " перемещения совместите линию развертки с центром экрана ЭЛТ. Для точной настройки закоротите сигнальный конец кабеля с "земляной" шиной.

4. Установите поворотом ручки "УРОВЕНЬ" устойчивое изображение на экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ).

5. Переключателем входа "~ ~ " выбирается вид связи усилителя "Y" с источником исследуемого сигнала. В положении " ~ " связь с источником сигнала осуществляется по постоянному току. Выбор коэффициента отклонения усилителя производится переключателем "V/ДЕЛ" в зависимости от величины исследуемого сигнала.

6. Источник запуска генератора развертки (исследуемым сигналом или внешним сигналом, подаваемым на вход "X") выбирается тумблером "РАЗВЕР.". При переключении тумблера в положение «вход "X"» развертка луча по горизонтали отключается и гнездо «вход "X"» подключается к горизонтально-отклоняющим пластинам электронно-лучевой трубки осциллографа. Такой режим применяют для измерения сдвига фаз между напряжениями одной частоты, подаваемыми на «вход "X"» и на «вход "Y"».

Дата добавления: 2015-11-03