Лабораторная работа 2 По дисциплине Электротехника, электроника и схемотехника Характеристики и параметры реальных элементов электрических цепей постоянного тока
 Скачать 1.89 Mb.
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Институт компьютерных технологий и информационной безопасности Лабораторная работа 2 По дисциплине «Электротехника, электроника и схемотехника» «Характеристики и параметры реальных элементов электрических цепей постоянного тока» Вариант 3
Таганрог 2020 Назначение работы: в работе проводится измерение характеристик резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности; при этом осуществляется ознакомление с интерактивными приборами, имеющимися в программном обеспечении установки ELVIS. Описание установки: NI ELVIS II подключается к ПК с помощью USB кабеля, а через блок питания, идущий в комплекте с устройством, к внешнему источнику питания 220 V. На задней панели NI ELVIS II переключатель необходимо перевести в положение «|». В этот момент на лицевой панели оранжевым цветом загорается индикатор Active. На рабочем столе появляется диалоговое окно New Data Acquisition Device, а на лицевой панели NI ELVIS II оранжевым цветом загорается индикатор Ready. Для работы с макетной платой необходимо подать на нее питание, переведя переключатель Prototyping Board на лицевой панели NI ELVIS II в положение «|». При этом индикатор Power загорается зеленым светом. Для измерения параметров элементов, а также токов и напряжений в лабораторной работе используется цифровой мультиметр Digital Multimeter (DMM). Это универсальное устройство позволяет не только измерить напряжение в любой точке схемы, но и выяснить, нет ли короткого замыкания или разрыва в цепи. Три разъема штекерного типа (VΩ, А и COM) цифрового мультиметра на базе NI ELVIS II расположены сбоку на рабочей станции (рис. 1). Для измерения постоянного и переменного напряжения, сопротивления, характеристик диода, электроповодности используются разъемы A и COM.  Разъемы для измерения напряжения, сопротивления, характеристик диода и электропроводности Разъемы для измерения тока Разъемы для измерения емкости и индуктивности Рисунок 1 – Использование NI ELVIS II в качестве Digital Multimeter Каждый раз, производя измерение, мультиметр выполняет набор шагов, который называется измерительным циклом.  Рисунок 2 – Измерительный цикл Digital Multimeter Время переключения необходимо для настройки внутренних аналоговых схем мультиметра для очередного измерения. Калибровка АЦП производится для исключения ошибок, связанных с усилением сигнала. Мультиметр считывает сигнал встроенного высокоточного источника напряжения перед каждым измерением и сравнивает с известным значением, после чего корректирует значение коэффициента усиления. Калибровка АЦП удлиняет процесс измерения, поэтому ее можно не проводить каждый раз. Установка нуля перед измерением необходима для того, чтобы компенсировать существующие в мультиметре постоянное напряжение смещения измеряющих цепей. Прибор отключает внешний сигнал и проводит измерение, после чего вычитает полученное значение из всех последующих данных. Установка настроек занимает определенное время, зависящее от типа измерения, его пределов, свойств соединяющих кабелей, входного сопротивления и других факторов. Измерение состоит в многократном снятии показаний и их усреднении. Чем больше время усреднения – тем лучше разрешение, но меньше скорость считывания. Основные характеристики мультиметра: Максимальная частота оцифровки определяет скорость, с которой мультиметр может проводить последовательные измерения. Разрешение определяет точность измерений. Для идеального мультиметра в отсутствии любых шумов разрешение – это наименьшее изменение входного сигнала, которое приводит к изменению показаний прибора. Разрешение выражается в битах или знаках. Полоса пропускания определяет диапазон частот входного сигнала, в котором возможно корректное измерение его параметров. При выполнении лабораторной работы используется набор специализированных электронных компонентов и соединительных проводов:
Домашнее задание: Рассчитать напряжение на выходе делителя напряжения, составленного из элементов  и  (см. рис. 3) по формуле: UВХ ∙ R2/(R1 + R2). Рисунок 3 – Схема исследуемого делителя напряжения в соответствии с вариантом при напряжении на входе UВХ = +5 В:
Решение UВЫХ = UВХ ∙ R2/(R1 + R2) = 5 ∙ 1000/(51 + 1000) = 5000/1051 ≈ ≈ 4.7573 В Рассчитать ток через элементы делителя напряжения, составленного из элементов R1 и R2 при напряжении на входе UВХ = +5 В и холостом ходе на выходе по формуле: UВХ/(R1 + R2). Решение I = UВХ/(R1 + R2) = 5/(51 + 1000) = 5/1051 = 0.0047 А Рабочее задание: Проверить подключение NI ELVIS II к ПК через USB кабель. Включить стенд NI ELVIS II. Для этого на задней панели NI ELVIS II переключатель переведите в положение «|». В этот момент на лицевой панели оранжевым цветом загорится индикатор Active. На рабочем столе появится диалоговое окно New Data Acquisition Device, а на лицевой панели NI ELVIS II оранжевым цветом загорится индикатор Ready. Измерить сопротивления резисторов, емкость конденсатора и индуктивности катушек индуктивности, имеющихся в наборе. Результаты измерений занести в таблицу:
 Рисунок 4 – Резистор R1  Рисунок 5 – Резистор R2  Рисунок 6 – Резистор R3 Рисунок 7 – Резистор R4  Рисунок 8 – Резистор R5  Рисунок 9 – Резистор R6  Рисунок 10 – Резистор R7  Рисунок 11 – Резистор R8  Рисунок 12 – Резистор R9  Рисунок 13 – Резистор R10  Рисунок 14 – Резистор R11  Рисунок 15 – Резистор R12  Рисунок 16 – Резистор R13  Рисунок 17 – Конденсатор C1  Рисунок 18 – Конденсатор C2  Рисунок 19 – Конденсатор C3  Рисунок 20 – Конденсатор C4  Рисунок 21 – Конденсатор C5  Рисунок 22 – Индуктивность L1  Рисунок 23 – Индуктивность L2  Рисунок 24 – Индуктивность L3  Рисунок 25 – Индуктивность L4  Рисунок 26 – Индуктивность L5 Для выполнения задания нужно присоединить две однополюсных вилки к токовым входам DMM на боковой панели рабочей станции. Два других конца присоедините к любому из резисторов. Запустите программное обеспечение NI ELVIS. Выберите цифровой мультиметр Digital Multimeter (Рисунок 27). Digital Multimeter можно использовать для широкого круга задач. В данном пособии знаком DMM[X] мы будем обозначать измерение параметра X.  Рисунок 27 – Внешний вид цифрового мультиметра Digital Multimeter Для использования функции цифрового омметра DMM[Ω] нужно нажать кнопку [  ]. Проведите измерения сопротивлений резисторов.Нажав на кнопку [  ] и используя те же проводники, измерьте емкость конденсаторов с помощью функции DMM[C].Нажав на кнопку [  ] и используя те же проводники, измерьте индуктивность катушек индуктивности с помощью функции DMM[L].Собрать схему делителя напряжения Используя два резистора R1 и R2 параметры которых соответствуют варианту задания, нужно собрать следующую схему на макетной плате NI ELVIS:  Рисунок 28 – Схема делителя напряжения на макетной плате  Рисунок 29 – Схема цепи на плате NI ELVIS II Входное напряжение UВХ подается с контакта [+5 B], а общий провод присоединяется к контакту [Ground] (Земля) NI ELVIS. Внешние проводники присоединяются к входам напряжения (HI) и (LO) цифрового мультиметра на панели NI ELVIS. Проверьте схему и включите напряжение питания макетной платы, переводя выключатель питания Prototyping Board на лицевой панели NI ELVIS II в верхнее положение. После этого должны загореться светодиодные индикаторы +15 В, –15 В и +5 В. Присоедините проводники, идущие с лицевой панели DMM, к UВХ и измерьте входное напряжение с помощью DMM[V]. Используя измеренные значения R1, R2 и Uвх(Error: Reference source not found), вычислите Uвых. UВЫХ = UВХ ∙ R2/(R1 + R2) = 4,9278 ∙ 9810/(50,971 + 9810) = 5000/1051 ≈ ≈ 4.9023 В Затем с помощью ИПУ DMM[V] измерьте реальное напряжение Uвых. Uвых (вычисленное при выполнении домашнего задания): 4.7573В Uвых (вычисленное при выполнении лабораторной работы): 4.9023В Uвых (измеренное): 4.8854 B(Error: Reference source not found) Насколько хорошо измеренное значение согласуется с вычисленными при выполнении домашнего задания и в ходе выполнения лабораторной работы? Рисунок 30 – Измеренное напряжение на выходе Вывод: Отклонение Uвых (измеренное) от Uвых (вычисленное при выполнении домашнего задания) составляет 2.69% Отклонение Uвых (измеренное) от Uвых (вычисленное при выполнении лабораторной работы) составляет 0.34% Эти отклонения являются следствием погрешности приборов, а результаты, несмотря на это, получились приблизительно равными. 5) Измерить ток в цепи (Error: Reference source not found31) Непосредственное измерение тока проводится при помощи мультиметра. Для этого подключаются внешние проводники к токовым (Current) входам DMM HI и LO на лицевой панели рабочей станции. Остальные подключения выполняются в соответствии со схемой (Рисунок ).  Рисунок 31 – Схема делителя напряжения на макетной плате  Рисунок 32 – Схема делителя напряжения на макетной плате ELVIS II Используя измеренные значения R1, R2 и Uвх (Error: Reference source not found34), вычислите I. I = UВХ/(R1 + R2) = 4.9278/(50,971 + 9810) ≈ 0.0049 А Выберите функцию DMM[A–] и выполните измерение тока. I (вычисленное при выполнении домашнего задания): = 0.0047А I (вычисленное при выполнении лабораторной работы): 0.0049 А I (измеренное): 0.0047 A(Error: Reference source not found) Насколько хорошо измеренное значение согласуется с вычисленными при выполнении домашнего задания и в ходе выполнения лабораторной работы?  Рисунок 33 – Измеренное значение I Вывод: Отклонение I (измеренное) от I (вычисленное при выполнении домашнего задания) составляет 4.08% Отклонение I (измеренное) от I (вычисленное при выполнении лабораторной работы) составляет 5.02% Эти отклонения являются следствием погрешности приборов, а результаты, несмотря на это, получились приблизительно равными.  Рисунок 34 – Измеренное значение U входа Вывод: Номинальный показатель - показатель, изначально ожидаемый от данного изделия. "Номинальное сопротивление 20ОМ" означает что инженер, который создавал это резистор хотел добиться сопротивления 20ОМ при 20градусах С и нормальной влажности, следовательно погрешность, которую мы получили, весьма ожидаема и получена в результате точности производства резистора, его износа, отличие условий от нормальных ( влажности и температуры), погрешности измерительных приборов и конечно же “Человеческая” погрешность – при измерении значений, они колебались, и выбор значения был сугубо субъективный. При сравнении Вычисленного напряжения с Измеренным они не совпали из-за погрешности, обусловленной внутренним сопротивлением источника, погрешностью измерительных приборов и отличием условий от нормальных (влажности и температуры). |
