лабы. Лабораторные+работы+в+Multisim. Методические указания к выполнению лабораторных работ по электротехнике и основам электроники. 2011 Рассмотрены и рекомендован к изданию
 Скачать 1.71 Mb.
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации Северный (Арктический) федеральный университет Моделирование цифровых и аналоговых схем в программе Multisim 11. Электрические цепи. Методические указания к выполнению лабораторных работ по электротехнике и основам электроники. 2011 Рассмотрены и рекомендован к изданию методической комиссией института Энергетики и транспорта Северного (Арктического) федерального университета « » 2011 г. Составитель Патракова И. А., ст. преподаватель Рецензент УДК 621.3 Моделирование цифровых и аналоговых схем в программе Multisim 11 :Методические указания к выполнению лабораторных работ по электротехнике и основам электроники. / сост. И. А. Патракова. – Архангельск: С(А)ФУ, 2011. – 73 с. Подготовлены кафедрой электротехники и энергетических систем С(А)ФУ. Методические указания к выполнению лабораторных работ предназначены для студентов изучающих дисциплины “Электротехника и основы электроники” и “Теоретические основы электротехники” в соответствии с Государственным образовательным стандартом. При изучении данных курсов лабораторные работы способствуют более глубокому усвоению программного материала. С этой целью в методических указаниях приведены теоретические сведения по основным разделам изучаемого курса, порядок выполнения лабораторных работ, а также требования к выполнению, оформлению и защитам. Предназначены для студентов всех специальностей очной, очно-заочной и заочной форм обучения. Ил. 63 Табл. 30 Библиогр. 15 назв. © Северный (Арктический) федеральный университет, 2011 © Патракова И. А., 2011 г. Общие методические указания. Методические указания содержат сведения по теории линейных и нелинейных электрических цепей, порядок выполнения лабораторных работ, а также требования к их оформлению и защитам. Содержание и последовательность изложения материала в указаниях соответствуют программе дисциплин «Электротехника и основы электроники», «Общая электротехника и электроника», «Теоретические основы электротехники» для технических специальностей вузов. Цель лабораторного практикума – дать студентам достаточно полное представление об электрических цепях, их составных элементах, а также математических описаниях, основных методах анализа и расчета этих цепей. При этом студенту предполагается практически продемонстрировать основные законы электротехники; привить начальные навыки экспериментальной работы; дать практическое представление о системах единиц измерения и их практическом использовании; дать качественное представление о некоторых явлениях электротехники; закрепить навыки статистической обработки данных реальных экспериментов. Задачей лабораторного практикума является освоение теории физических явлений, положенных в основу создания и функционирования различных электротехнических устройств, а также в привитии практических навыков использования методов анализа и расчета электрических цепей для решения широкого круга задач. При изучении дисциплины предполагается, что студент имеет соответствующую математическую подготовку в области дифференциального и интегрального исчислений, комплексных чисел и тригонометрических функций, а также знаком с основными понятиями и законами электричества и магнетизма, рассматриваемыми в курсе физики. Требования к оформлению лабораторной работы. Лабораторные работы необходимо выполнять в виде отдельного отчета для каждого студента индивидуально. На титульном листе отчета помещаются следующие сведения: наименование работы, номер группы, фамилию и инициалы студента и преподавателя, вариант задания. Бланки к лабораторным работам представлены в приложении 1. Отчет должен содержать кратко сформулированную цель работы, схему, порядок выполнения работы (номера и названия опытов), результаты опытов в табличной форме, формулы, необходимые для расчетов, графики и векторные диаграммы, построенные по результатам проведения лабораторной работы. Графики и векторные диаграммы строят в масштабе на миллиметровке. Текст, формулы и числовые выкладки должны быть выполнены аккуратно и без помарок. Буквенные обозначения и единицы физических величин должны соответствовать ГОСТу. При расчетах придерживаются определенного порядка: сначала искомую величину выражают формулой, затем подставляют в неё известные значения величин, записывают результат расчета. Правила выполнения и защиты работ. Для успешного выполнения работы студент обязан подготовиться к ее выполнению дома, используя описание работы. В практикуме для каждой работающей группы каждая работа выполняется в соответствии со своим вариантом в единственном экземпляре. Поскольку, студентам (особенно в первой половине семестра) часто приходится выполнять работы, теоретические основы которых еще не прочитаны в лекционном курсе, то для более глубокого понимания рекомендуется изучить материал, представленный на соответствующих страницах учебного пособия. Каждый студент сдает работу в индивидуальной беседе с преподавателем, предъявляя ему письменный отчет, обязательно включающий в себя основы теории, схему эксперимента, таблицы и графики исходных данных, а при необходимости - результаты статистической обработки. Все параметры и данные измерений должны быть приведены с указанием их размерностей. Форма защиты лабораторных работ определяется преподавателем. Краткое руководство к программе Multisim. Приступая к выполнению лабораторной работы необходимо запустить программу Multisim. После запуска появится рабочее поле экрана (рис. 1). На рабочем поле экрана производят сборку электрической схемы цепи. Электрические элементы схемы буксируются на рабочее поле экрана из панели, расположенной в верхней части поля экрана. Панели элементов Электротехнические элементы сгруппированы по функциональному назначению и расположены в верхней и боковой панелях элементов (рис. 1): Источники питания; основные элементы; полупроводниковые диоды; полупроводниковые транзисторы; аналоговые интегральные схемы; смешанные интегральные схемы; цифровые интегральные схемы; логические элементы; триггеры и прочие дискретные устройства; индикаторы; контрольные приборы; прочие устройства; инструменты.  Рис. 1. Рабочее поле экрана. Ниже перечислены некоторые из них. Верхняя панель элементов: 1. Источники питания.  Рис. 2. 2. Основные элементы.  Рис. 3. 3. Полупроводниковые диоды.  Рис. 4. 4. Полупроводниковые транзисторы.  Рис. 5. 5. Логические элементы.  Рис. 6. Б  оковая панель элементов:Рис. 7. Параметры всех элементов задаются в диалоговом окне свойств элемента, которое появляется автоматически при двойном щелчке левой кнопкой мыши. Для соединения элементов схемы необходимо подвести курсор к подсоединяемому концу одного элемента до появления точки на конце этого элемента, нажать левую кнопку мыши и, подвести линию – «провод» к началу следующего элемента до появления точки, снова нажать левую кнопку мыши. Ч тобы схема начала функционировать, необходимо нажать кнопку в верхнем правом углу (положение «I»). Цепь выключается нажатием той же кнопки (положение «0»). Лабораторная работа № 1. Цепи постоянного тока. Цель работы: опытным путем проверить основные законы для цепи постоянного тока со смешанным соединением приемников электрической энергии. Основные теоретические положения. Важнейшим электрическим явлением является электрический ток – упорядоченное движение заряженных частиц (электронов). Для существования тока необходимо наличие электрической цепи. Электрическая цепь – это замкнутый путь для тока, состоящий из источников электрической энергии, приемников электрической энергии, соединительных проводов, коммутационных устройств, измерительных приборов. Источник преобразует в электрическую энергию любой другой вид энергии. Приемник – преобразует электрическую энергию в любой нужный потребителю вид энергии. Для расчета неразветвленных электрических цепей применяется закон Ома. Закон Ома для электрической цепи, содержащей источник ЭДС (рис.1.1): ток прямо пропорционален ЭДС источника и обратно пропорционален суммарному сопротивлению всей цепи:  Рис. 1.1.  .Закон Ома для участка цепи:  .Ток, протекающий по сопротивлению R1, пропорционален напряжению U1, действующему на данном участке, и обратно пропорционален его сопротивлению. Для расчета разветвленных цепей применяют два закона Кирхгофа, называемые также правилами Кирхгофа. Оба закона установлены на основании многочисленных опытов и являются следствием закона сохранения энергии. В соответствии с первым законом Кирхгофа алгебраическая сумма токов в точке разветвления электрической цепи равна нулю (рис.1.2):  . -I1 - I2 + I3 - I4 + I5 = 0. Рис.1.2. По второму закону Кирхгофа алгебраическая сумма ЭДС, действующих в замкнутом контуре равна алгебраической сумме напряжений и падений напряжения в этом контуре электрической цепи (рис.1.3).   .Е = IR1 + IR2 Рис.1.3. При составлении уравнений для расчета в соответствии с указанными законами необходимо учитывать, каким способом соединены элементы рассматриваемой электрической цепи. При последовательном соединении по всем элементам электрической цепи протекает один и тот же ток (рис. 1.4).   ; Рис. 1.4. Параллельным соединением элементов (ветвей) цепи называется такое, при котором все эти элементы находятся под одним и тем же напряжением (рис. 1.5).   ;  Рис. 1.5. При смешанном соединении потребителей электрической энергии, одна часть потребителей соединена параллельно, а другая – последовательно. Методические указания по выполнению работы. Собрать на рабочем поле экрана электрическую цепь постоянного тока (рис. 1.6) при разомкнутом ключе.  Рис. 1.6. Схема цепи. Задать параметры элементов цепи согласно варианту (табл.1.1). Табл. 1.1.
Записать в таблицу 1.2 показания приборов. Табл. 1.2.
Рассчитать значения токов в ветвях схемы и напряжения на участках цепи и записать их значения в таблицу 1.2. Расчетные значения должны совпасть с показаниями приборов. Расчет цепи выполнить, используя закон Ома: Определить эквивалентное сопротивление цепи:   .Определить ток в неразветвленной части цепи I:  .Определить напряжения UR1 и UR2. Напряжения UR1 и UR2 равны, так как элементы R1 и R2 включены параллельно.  .Определить напряжения UR3 и UR4:  , так как в ветви с сопротивлением R3 обрыв. .Определить токи в ветвях схемы:  ; ; , так как в ветви с сопротивлением R3 обрыв; .Проверить выполнение законов Кирхгофа: Первый закон Кирхгофа: I = IR1 + IR2 = IR4; Второй закон Кирхгофа: E = UR1 + UR4 = UR2 + UR4. 4.7 Записать уравнение баланса мощностей. Замкнуть ключ, подключив в схему резистор R3. Записать в таблицу 2 показания приборов. Рассчитать значения токов в ветвях схемы и напряжения на участках цепи и записать их значения в таблицу 2 при замкнутом ключе. Расчетные значения должны совпасть с показаниями приборов. Расчет цепи выполнить, используя закон Ома: Определить эквивалентное сопротивление цепи:  .Определить ток в неразветвленной части цепи I: .Определить напряжения UR1 и UR2. Напряжения UR1 и UR2 равны, так как элементы R1 и R2 включены параллельно. .Определить напряжения UR3 и UR4. Напряжения UR3 и UR4 равны, так как элементы R3 и R4 включены параллельно.  ;  .Определить токи в ветвях схемы: ; ; ; .Проверить выполнение законов Кирхгофа: Первый закон Кирхгофа: I = IR1 + IR2 = IR3 + IR4; Второй закон Кирхгофа: E = UR1 + UR3 = UR2 + UR4. 6.7 Записать уравнение баланса мощностей. Заменить источник ЭДС на схеме источником тока (рис. 1.7).  Рис. 1.7. Схема цепи. Снять показания приборов при разомкнутом и замкнутом ключе. Занести данные в таблицу 1.3. Рассчитать схему при разомкнутом и замкнутом ключе, используя закон Ома. Проверить выполнение законов Кирхгофа. Записать уравнение баланса мощностей. Табл. 1.3.
Контрольные вопросы. 1. Написать формулы для расчета сопротивления цепи постоянного тока при последовательном и параллельном соединении сопротивлений. 2. Сформулировать закон Ома для участка цепи и для замкнутого контура. 3. Сформулировать первый и второй законы Кирхгофа, объяснить правила знаков. 4. Дать определение источника ЭДС и источника тока. 5. Дать определение мощности электрической цепи. Сформулировать уравнение баланса мощностей. Лабораторная работа № 2. |