Министерство образования и науки Российской Федерации

Министерство образования и науки Российской Федерации

Филиал федерального бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Уфимский государственный нефтяной технический университет» в г.Салавате

(Филиал ФГБОУ ВПО УГНТУ в г. Салавате)

Физика

Электрические цепи постоянного тока

Отчет по лабораторной работе № 42

ОНД – 220700 – 2.02.02 ЛР

Выполнили:

cтудент гр. БАТ-13-21 Климкович А.С

Проверил:

Ахметова О. В.

Салават 2014 г

Электрические цепи постоянного тока

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Определение выходного сопротивления источника питания; собрать схему делителя напряжения с рассчитанными параметрами схемы.

ПРИБОРЫ И МАТЕРИАЛЫ

ГСФ-2; вольтметр; магазины сопротивлений на модуле М1; соединительные провода.

1. Теоретическая часть

1.1 Описание аппаратуры

Генератор сигналов функциональный ГСФ-2 предназначен для постановки лабораторных работ по курсам «Электричество», «Волновые процессы», и др. в физическом практикуме вузов, колледжей, физико-математических лицеев и школ.

ГСФ-2 содержит 4 функциональных блока:

-частотомер - таймер;

-задающий генератор;

-усилитель низкой частоты;

-источник постоянного напряжения.

Эти блоки могут работать совместно или независимо друг от друга. Органы управления сгруппированы на передней панели ГСФ.

Технические данные

-диапазон частот для задающего генератора – 0,3Гц-1500кГц;

-диапазон частот для усилителя - 0-20Гц;

-выходные сигналы – гармонический, пилообразный, прямоугольный;

-выходное напряжение – 0-20В;

-максимальный ток нагрузки – 1А.

Рисунок 1-Панель управления ГСФ-2:

1. переключатель формы вырабатываемого сигнала;

2. гнездо выхода «ИПН»;

3. гнездо входа «ВХ2»;

4. регулятор «ИПН»;

5. переключатель вида выходного сигнала;

6. выход усилителя.

Вольтметр универсальный В7-58/2 предназначен для измерения:

-постоянного напряжения;

-среднего квадратического значения переменного напряжения;

-сопротивления постоянному току;

-силы постоянного тока;

-среднего квадратического значения переменного тока.

Вольтметр представляет собой цифровой прибор, принцип действия которого основан на преобразовании измеряемой величины (напряжения, тока) в нормированное значение постоянного напряжения от 0 до 2 В с последующим его преобразованием в цифровой код с помощью однокристального аналого-цифрового преобразователя (АЦП), работающего по методу двойного интегрирования.

Рисунок 2 - Панель управления вольтметра В7-58/2:

1.переключатель рода измеряемого напряжения и тока;

2.переключатель режимов измерения;

3.переключатель пределов измерения;

4.гнездо для присоединения измерительного кабеля.

Преобразователь переменного напряжения представляет собой линейный преобразователь средних квадратических значений.

Измерение сопротивления осуществляется с помощью АЦП путём сравнения падения на измеряемом сопротивлении и на соединённом последовательно с ним резистора.

Измерение токов осуществляется путём преобразования измеряемых величин токов в напряжение при протекании их через образцовые сопротивления токов шунтов.

Управление осуществляется с помощью кнопочных переключателей, расположенных на передней панели:

Функциональное назначение переключателей:

-переключатели режимов измерения «V», «mA», «кΩ»;

-6 переключателей пределов измерения;

-переключатель рода измеряемого напряжения и тока.

Для предохранения вольтметра от перегрузки по сети на задней панели вольтметра в корпусе сетевой вилки установлены плавкие вставки, для предотвращения вольтметра при случайных перегрузках в гнездо «mA» на передней панели вольтметра установлена плавкая вставка на номинальный ток 2А.

Модуль М1 «ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА» предназначен для сборки электрических схем постоянного тока и постановки лабораторных работ.

Модуль М1 включает следующие элементы:

-R1-потенциометр;

-R1-R17-магазины сопротивлений;

-С1-С3-конденсаторы;

-КД- диод кремниевый;

-ГД- диод германиевый;

-КТ- транзистор;

-ЛН- лампа накаливания;

-Е1-Е2- выхода питания +/- 12В;

-Е3-Е6- выходы преобразователя питания;

-ТМ- часы- таймер.

1К

3К

30К

10К

C1

4700мкФ

35В

3К

1К

Рисунок 3 - Схема модуля М1-«ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА»

1.2 Порядок выполнения работы

1. В генераторе ГСФ-2 (рисунок 1) отключите задающий генератор от усилителя, путём переключения тумблера 1 в среднее положение «0».

2. Сборка источника постоянного напряжения.

2.1 Подключите вольтметр (рисунок 2) с помощью соединительных проводов: выходы «ИПН» и «ОБЩ» к входам вольтметра «V» и «0» (входы 4 «max -1000V»);

2.2 Установить на вольтметре: переключатель 1 в отжатое положение; переключатель 2 в нажатое положение «V»; переключатель 3 в нажатое положение «20» (см. приложение);

2.3 С разрешения преподавателя подайте питание в схему.

2.4 Регулятором «ИПН» (регулятор 1) установите на выходе «ИПН» напряжение 5В;

2.5 Поочерёдно подключите параллельно к выходам «ИПН» и «ОБЩ» резисторы с сопротивлениями 10Ом, 30Ом и 100Ом, находящиеся на модуле №1 (рисунок 3).

2.6 Запишите показания по вольтметру. Результаты занесите в таблицу 1; разберите схему.

3. Сборка генератора напряжения.

3.1 Установите перемычку с «ВХ2» на «ИПН».

3.2 Подключите вольтметр (рисунок 2) с помощью соединительных проводов: выходы «ВЫХ» и «ОБЩ» к входам вольтметра «V» и «0» (входы 4 «max -1000V»);

3.3 Установить на вольтметре: переключатель 1 в отжатое положение; переключатель 2 в нажатое положение «V»; переключатель 3 в нажатое положение «20» (см. приложение);

3.4 С разрешения преподавателя подайте питание в схему.

3.5 Тумблер 5 переключите в положение «20В» и регуляторами «ИПН», «АМПЛИТУДА» установите на выходе «ВЫХ» 5В.

3.6 Поочерёдно подключите параллельно к выходам «ИПН» и «ОБЩ» резисторы с сопротивлениями 10Ом, 30Ом и 100Ом, находящиеся на модуле №1 (рисунок 3).

3.7 Запишите показания по вольтметру. Результаты занесите в таблицу 1; разберите схему.

4. Сборка генератора тока.

4.1 Установите перемычку с «ВХ2» на «ИПН».

4.2 Подключите вольтметр (рисунок 5) с помощью соединительных проводов: выходы «ВЫХ» и «ОБЩ» к входам вольтметра «V» и «0» (входы 4 «max -1000V»);

4.3 Установить на вольтметре: переключатель 1 в отжатое положение; переключатель 2 в нажатое положение «V»; переключатель 3 в нажатое положение «20» (см. приложение);

4.4 С разрешения преподавателя подайте питание в схему.

4.5 Тумблер 5 переключите в положение «1А» и регуляторами «ИПН», «АМПЛИТУДА» установите на выходе «ВЫХ» 5В.

4.6 Поочерёдно подключите параллельно к выходам «ИПН» и «ОБЩ» резисторы с сопротивлениями 3Ом, 10Ом, 30Ом, находящиеся на модуле №1 (рисунок 6).

4.7 Запишите показания по вольтметру. Результаты занесите в таблицу 1; разберите схему.

5. В каждом опыте рассчитайте токи нагрузки по формуле ; выходные сопротивления в различных диапазонах тока нагрузки. Результаты занести в таблицу 1.

Таблица 1-Результаты измерений и расчётов

	Источник постоянного напряжения «ИПН»	Генератор напряжения «ВЫХ»	Генератор тока «ВЫХ»
RH, Ом
U, В	1,4 1,41 1,42	0,45 0,46 0,47	0,15 0,16 0,17	2,87 2,88 2,9	0,91 0,92 0,93	0,33 0,34 0,35	0,66 0,67 0,68	1,89 1,90 1,91	5,8 5,1 5,3
I, А	0,014	0,015	0,016	0,029	0,031	0,034	0,223	0,19	0,18
r, Ом		770,27				1070,91				36,9

4.6 Сравните выходные сопротивления усилителя в различных режимах работы и сделайте выводы по проделанной работе.

2 Расчетная часть

2.1 Найдем среднее значение Uср:

2.2 Найдем ток I:

2.3 Найдем выходные сопротивления r:

2.4 Найдем погрешности прямых измерений:

-средняя квадратичная погрешность.

X_i-текущее значение, которое получаем при измерении на приборе.

<x>- среднее значение.

=1(В)

-абсолютная погрешность,где t_p,n-коэффициент Стьюдента(P- доверительный коэффициент,n-количество измерений)(P=0,8 n=3)

Для нашего случая U_пр=1000,а класс точности К=0,1.

2.5 Результаты прямых измерений:

2.6 Найдем погрешности косвенных измерений:

= =1(А)

2.7Результаты косвенных измерений:

ВЫВОДЫ

Определили выходное сопротивление источника питания; собрали схему делителя напряжения и рассчитали параметры схемы. Выявили, что если сопротивление увеличивать, то напряжение тоже будет увеличиваться, а ток уменьшаться.

Так как согласование источника и нагрузки — это выбор соотношения сопротивления нагрузки и внутреннего сопротивления источника с целью достижения заданных свойств полученной системы (как правило, стараются достичь максимального значения какого-либо параметра для данного источника). Наиболее часто используются следующие типы согласования: согласование по напряжению и согласование по току.

В нашем случае получается согласование по напряжению — получение в нагрузке максимального напряжения. Для этого сопротивление нагрузки должно быть как можно большим, по крайней мере, много больше, чем внутреннее сопротивление источника. Другими словами, двухполюсник должен быть в режиме холостого хода. Данный тип согласования применяется в электронных системах, когда носителем сигнала является напряжение.
Мы измерили напряжение на выходе двухполюсника (то есть разность потенциалов U_out =(φ₂ − φ₁) при двух различных токах нагрузки. И у нас возникли трудности при вычислении выходного сопротивления(r), так как в методических указаниях не была полностью расписана формула r= . И, используя интернет - источники, мы нашли формулы для выходного напряжения:

,

где U_out1 — выходное напряжение при токе I₁, U_out2 — выходное напряжение при токе I₂. Решая систему уравнений, нашли искомые неизвестные:

Дата добавления: 2015-11-04