Главная страница
Навигация по странице:

  • Назначение работы

  • Описание установки

  • Домашнее задание

  • Решение

  • Лабораторная работа 2 По дисциплине Электротехника, электроника и схемотехника Характеристики и параметры реальных элементов электрических цепей постоянного тока


    Скачать 1.89 Mb.
    НазваниеЛабораторная работа 2 По дисциплине Электротехника, электроника и схемотехника Характеристики и параметры реальных элементов электрических цепей постоянного тока
    Дата06.10.2021
    Размер1.89 Mb.
    Формат файлаdocx
    Имя файлаLR2_Bulankina_Darya_KTbo2-2.docx
    ТипЛабораторная работа
    #242747

    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

    Выполнила

    Студент группы КТбо2-2


    _______________________


    Буланкина Д.А.

    Принял

    доцент кафедры ИБТКС


    _______________________


    Балабаев С. Л.

    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.



    1. Разъемы для измерения напряжения, сопротивления, характеристик диода и электропроводности

    2. Разъемы для измерения тока

    3. 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:



    Наименование

    Значение

    Количество

    (шт.)

    Изображение

    1

    Перемычка

    -

    4



    2

    Резистор

    1 Ом

    4



    3

    Резистор

    10 Ом

    2



    4

    Резистор

    51 Ом

    1



    5

    Резистор

    100 Ом

    1



    6

    Резистор

    200 Ом

    1



    7

    Резистор

    1 кОм

    2



    8

    Резистор

    2 кОм

    1



    9

    Резистор

    4.7 кОм

    1



    10

    Конденсатор

    10 нФ

    3



    11

    Конденсатор

    100 нФ

    1



    12

    Конденсатор

    1 мкФ

    1



    13

    Индуктивность

    150 мкГн

    3



    14

    Индуктивность

    1 мГн

    1



    15

    Индуктивность

    10 мГн

    1



    16

    Трансформатор




    1



    17

    Плата запасная




    5



    18

    Соединительные провода (длинные)

    20 см.

    10



    19

    Соединительные провода (короткие)

    10 см.

    10



    Домашнее задание:

    1. 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:

    Номер варианта

    Номинал

    Номинал

    3

    51

    1000

    Решение

    UВЫХ = UВХ ∙ R2/(R1 + R2) = 5 ∙ 1000/(51 + 1000) = 5000/1051 ≈

    ≈ 4.7573 В

    1. 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:

    1. Проверить подключение NI ELVIS II к ПК через USB кабель.

    2. 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.

    3. Измерить сопротивления резисторов, емкость конденсатора и индуктивности катушек индуктивности, имеющихся в наборе. Результаты измерений занести в таблицу:




    Маркировка

    Номинальное значение XН

    Измеренное значение XИ

    Отклонение%



    R1

    1R

    1 Ом

    1,054 Ом

    5.4%

    R2

    1R

    1 Ом

    1,052 Ом

    5.2%

    R3

    1R

    1 Ом

    1,053 Ом

    5.3%

    R4

    1R

    1 Ом

    1.052 Ом

    5.2%

    R5

    10R

    10 Ом

    10.045 Ом

    4.5%

    R6

    10R

    10 Ом

    10.041 Ом

    4. 1%

    R7

    51R

    51 Ом

    50.971 Ом

    0.06%

    R8

    100R

    100 Ом

    98.300 Ом

    1.7%

    R9

    200R

    200 Ом

    192.650 Ом

    3.675%

    R10

    1K

    1000 Ом

    0.9810 кОм

    0.72%

    R11

    1K

    1000 Ом

    0.9960 кОм

    0.4%

    R12

    2K

    2000 Ом

    1.9906 кОм

    0.47%

    R13

    4,7K

    4700 Ом

    4.6855 кОм

    0.3%

    C1

    10nF

    10*10-9 F

    9.87нФ

    1,2%

    C2

    10nF

    10*10-9 F

    10.01 нФ

    0.2%

    C3

    10nF

    10*10-9 F

    10.0400 нФ

    0.4%

    C4

    100nF

    100*10-9 F

    99.2000 нФ

    0.9%

    C5

    1uF

    1*10-6 F

    0.9534 мкФ

    4.66%

    L1

    150uH

    150*10-6 H

    157.600 мкГн

    3.9%

    L2

    150uH

    150*10-6 H

    158.000 мкГн

    4.3%

    L3

    150uH

    150*10-6 H

    157.8000 мкГн

    3.9%

    L4

    1mH

    1*10-3 H

    1.018 мГн

    1.1%

    L5

    10mH

    10*10-3 H

    10.370 мГн

    3.2%



    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].

    1. 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).


    написать администратору сайта