Описание электрической цепи заряд, ток, напряжение, мощность, энергия Электрическим зарядом

• Название: Описание электрической цепи заряд, ток, напряжение, мощность, энергия Электрическим зарядом
• Дата: 17.10.2019
• Размер: 2.86 Mb.
• Имя файла: Vvedenie_v_skhemotekhniku_POSOBIE.docx
• Тип: Документы; #90676
• страница: 25 из 28

11. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

1. 
   . Измерительные приборы
   

11.1.1. Генератор сигналов
Генератор АНР 1001 формирует гармонические сигналы, импульсы напряжения прямоугольной и треугольной формы в диапазоне частот от 0,2 Гц до 2 МГц с амплитудой до 20 В. Его внешний вид показан на рис. 11.1.

Выбор вида сигнала (гармонические, прямоугольные или треугольные импульсы) производится переключателями в правой части передней панели. Левее расположена группа переключателей частотных диапазонов и табло встроенного в прибор электронного частотомера.

Ниже расположены ручки регулировки параметров сигнала. В лабораторных работах необходимо использовать левую (плавная установка частоты) и правую (регулировка амплитуды сигнала) ручки регулировки, а остальные должны находиться в крайнем левом положении.


Рис. 11.1
Подготовка к работе. После включения питания тумблером «сеть» выбираются форма сигнала и диапазон частот. Частота сигнала устанавливается ручкой плавной регулировки по показаниям частотомера, а амплитуда – ручкой регулировки уровня.
11.1.2. Вольтметры
Вольтметр В7-26 предназначен для измерения постоянного (от 30 мВ до 300В), переменного синусоидального напряжения (от 200 мВ до 300 В) и сопротивления постоянному току (от 10 Ом до 1000 Мом). Внешний вид прибора показан на рис. 11.2.

Измеряемая величина определяется переключателем «Режим» (слева направо измерение переменного напряжения U, отрицательного и положительного постоянного напряжения –U и +U, сопротивления r_x). Предел измерения (цена максимального отклонения стрелки измерителя) для действующих значений напряжений выбирается переключателем (шкала U) в зависимости от измеряемой величины. Для сопротивлений (шкала ) переключатель «Пределы измерения» задает множитель шкалы.
Рис. 11.2
Измеряемое напряжение подается на клеммы U и * (символом * обозначена «земля» - точка нулевого потенциала). Измеряемое сопротивление подключается между клеммами r_x и *.

Отсчет измеряемой величины производится по одной из шкал «Индикатора». Две верхних шкалы используются при измерении напряжений: нижняя (30 делений) на пределах 3, 30 и 300 В, а верхняя (10 делений) на пределах 10 и 100 В. На пределе 1 В используется отдельная шкала 1V (третья сверху), ее нулевая точка вынесена отдельно вправо и используется для калибровки прибора. Четвертая сверху шкала  предназначена для измерения сопротивления, ее показания умножаются на выбранный переключателем «Пределы измерения» множитель.

Ручки U и 1VU используются для калибровки нуля прибора, а «∞» - для калибровки бесконечных показаний омметра.
РАБОТА С ПРИБОРОМ
Калибровка. После включения питания тумблером «Сеть» и самопрогрева прибора в течении нескольких минут проводится его калибровка, которая затем повторяется каждые 15-20 минут. Для этого необходимо отключить внешние источники и выбрать переключателем «Режим» измеряемую величину.

При измерении переменного напряжения необходимо переключатель «Режим» установить в положение U, замкнуть клеммы U и *, выбрать предел измерения 1V и ручкой установки нуля 1VU установить ноль по шкале 1V (он смещен вправо относительно других шкал). Затем следует выбрать предел 30В и ручкой установки нуля U установить ноль по остальным шкалам. Эта процедура повторяется 2-3 раза.

При измерении сопротивления переключатель «Режим» необходимо установить в положение r_x, замкнуть клеммы r_x и *, ручкой установки нуля U добиться нулевых показаний по шкале . Затем клеммы r_x и * размыкаются и ручкой установки бесконечности  добиваются бесконечных показаний по шкале измерения сопротивления. Эта процедура повторяется 2-3 раза.

Подготовка к работе. Переключателем «Режим» выбирается измеряемая величина и подбирается подходящий предел измерения. Напряжение подается на клеммы U и * (земля), а сопротивление подключается к клеммам r_x и *.

В режиме омметра не забывайте отключать все источники сигнала от измеряемого сопротивления.

Микровольтметр АВМ-1071 предназначен для измерения переменного напряжения с действующим значением от 100 мкВ до 300 В в диапазоне частот до 1 МГц. Внешний вид передней панели показан на рис. 11.3.


Рис. 11.3
Прибор включается клавишей «Сеть» и через 1 мин. готов к работе (калибровка не требуется).

Действующие значения напряжения измеряются по двум верхним шкалам с пределом 1 деление (используется на пределах 1 мВ, 10 мВ, 100 мВ, 1 В, 10 В и 100 В) и 3 деления (используется на пределах 300 мкВ, 3 мВ, 30 мВ, 300 мВ, 3 В, 30 В и 300 В). Пределы измерений выбираются с помощью переключателя, светодиод отмечает выбранную позицию.

Входной сигнал подается на вход прибора (разъем расположен в левом нижнем углу). Выход прибора может использоваться для подключения осциллографа.
РАБОТА С ПРИБОРОМ
При измерении неизвестного напряжения переключатель пределов измерения установите в положение «300 В» и затем подберите необходимое значение.
11.1.3. Электронный осциллограф С1-55
Двулучевой электронный осциллограф С1-55 предназначен для визуализации временных диаграмм двух сигналов и измерений их параметров по осям времени и уровня. Общее описание работы осциллографа приведено в предшествующем разделе. Внешний вид прибора показан на рис. 11.4.

Изображение формируется на экране электронно-лучевой трубки осциллографа. Рядом с двух сторон расположены органы управления двумя лучами: их яркостью - «Яркость» и «толщиной» луча – «Фокус» и «Астигматизм». Смещение изображения по горизонтали производится двумя ручками (грубо и плавно).

Исследуемый сигнал подается на вход «Вх.1» или «Вх.2» одного из двух каналов вертикального отклонения луча КВО 1 или КВО 2. Переключателем З/О выбирается тип входа: закрытый или открытый. При закрытом входе последовательно в сигнальную цепь включен разделительный конденсатор и постоянная составляющая сигнала не приводит к смещению луча по экрану. Если вход открыт, то разделительный конденсатор замыкается и можно проводить измерение как переменных, так и постоянных во времени сигналов. В каждом канале имеются ручки смещения луча по вертикали.


Рис. 11.4
Размер изображения по вертикали выбирается входным аттенюатором. Он состоит из переключателя, который обеспечивает заданный размер изображения в делениях сетки экрана (В/дел.), и плавный регулятор, расположенный сверху переключателя. В крайнем правом положении ручки плавного регулятора имеется фиксирующая защелка. Только в этом случае развертка по вертикали калибрована, и можно проводить измерение уровня сигнала по размеру изображения с учетом положения переключателя чувствительности канала, указывающего, сколько вольт приходится на одно деление сетки экрана. Развертка изображения по горизонтали осуществляется пилообразными импульсами напряжения (рис. 11.5) от блока развертки (БР), обеспечивающими пропорциональность времени горизонтальной оси изображения сигнала .

Скорость развертки определяется переключателем, указывающим, сколько миллисекунд (ms) или микросекунд (s) приходится на одно деление сетки экрана по горизонтали, и плавным регулятором, расположенным над переключателем.


Рис. 11.5
Ручка плавного регулятора в правом положении находится в защелке. Только в этом случае развертка по горизонтали калибрована, и можно проводить измерение временных характеристик сигнала по размеру изображения с учетом положения переключателя скорости развертки, указывающего, какой интервал времени приходится на одно деление сетки экрана.

Скорость развертки может изменяться тумблером «1/0,2» с двумя положениями: 1 (скорость определяется положением переключателя скорости развертки) и 0,2 (показания переключателя необходимо умножать на 0,2). Последний вариант используется для анализа высокочастотных сигналов и в лабораторных работах не используется.

Для обеспечения устойчивого изображения пилообразное напряжение развертки должно быть синхронизировано с исследуемым сигналом. Это обеспечивает блок синхронизации БС. Обычно используются два вида синхронизации:

- внешняя, путем подачи синхроимпульсов на один из входов «1:1» или «1:10» БС с коэффициентами ослабления 1:1 или 1:10 соответственно;

- внутренняя, за счет выделения в БС синхроимпульсов из исследуемого сигнала первого или второго каналов вертикального отклонения.

Выбор вида синхронизации производится переключателем «Режим» с соответствующими положениями «Внешн.», «Внутр. 1» и «Внутр.2». Переключатель З/О блока синхронизации задает закрытый/открытый вход для внешнего сигнала.

Переключатель «» указывает, что синхроимпульсы для генератора развертки формируются по фронту («+») или по срезу («-») импульса синхронизации.

Генератор развертки может работать в двух режимах:

- непрерывной развертки, при этом пилообразные импульсы формируются всегда и независимо от наличия или отсутствия синхроимпульсов от БС и входного сигнала осциллографа;

- ждущей развертки, при этом каждый пилообразный импульс развертки выдается в ответ на поступивший синхроимпульс от БС, и если внешние импульсы синхронизации или входной сигнал в режиме внутренней синхронизации отсутствуют, то нет и развертки луча.

Наиболее устойчивое изображение получается в режиме ждущей развертки и внешней синхронизации.

Режим развертки выбирается ручками «Уровень» (над переключателем режима) и «Стабильность».
РАБОТА С ОСЦИЛЛОГРАФОМ
При включении прибора тумблером «Сеть» после нескольких секунд при отсутствии входного сигнала на экране появляется изображение горизонтальной линии.

Ручка «Стаб.» устанавливается в крайнее правое положение, а ручка «Уровень» - в среднее, при этом осциллограф будет работать в режиме непрерывной развертки.

Если изображение луча отсутствует, то возможны следующие причины:

- недостаточна яркость луча, необходимо ручку «Яркость» повернуть вправо;

- луч смещен за пределы экрана, тогда необходимо установить требуемое положение луча ручками смещения по вертикали и горизонтали;

- осциллограф работает в режиме ждущей развертки при отсутствии сигнала.

В результате на экране наблюдается горизонтальная линия с началом в левой части экрана. После установки луча подается входной сигнал, выбираются требуемые размеры изображения по вертикали с помощью входного аттенюатора (В/дел.) и скорость развертки (с/дел.). Изображение может быть размытым, неустойчивым, многократно повторяющимся.

Для получения устойчивого изображения необходимо провести синхронизацию осциллографа (в режиме внешней синхронизации на вход «1:1» БС должен быть подан внешний синхросигнал). Для этого ручка «Стаб.» из крайнего правого положения поворачивается влево до погасания луча и возвращается назад до появления изображения. Затем ручкой «Уровень» в окрестности среднего положения добиваются стабилизации (хотя бы частичной) изображения. После этого опять поворачивают ручку «Стаб.» влево до погасания луча и возвращают назад до появления изображения, а затем ручкой «Уровень» добиваются его устойчивости.

Эта процедура повторяется несколько раз и обеспечивается режим ждущей развертки, в котором синхронность не нарушается при переключении входного аттенюатора или скорости развертки. Производится окончательная настройка изображения временной диаграммы сигнала.

По изображению сигнала можно проводить измерения его уровня (амплитуды) и временных параметров (например, периода повторения). Полученная соответствующая величина размера изображения в делениях сетки экрана умножается на цену деления по вертикали (задается переключателем входного аттенюатора) или горизонтали (задается переключателем скорости развертки).

Необходимо следить, чтобы ручки плавной регулировки входного аттенюатора и скорости развертки находились в крайнем правом положении (в защелке), в противном случае будет нарушаться калибровка вертикальной и горизонтальной осей изображения.
11.1.4. Лабораторный стенд
Лабораторный стенд является нестандартным оборудованием и предназначен для выполнения лабораторных работ. Его внешний вид изображен на рис. 11.6. Для каждой работы используется специальная плата с установленными элементами (на стенд можно установить две платы).


Рис. 11.6
Ток в исследуемой цепи измеряется миллиамперметром (МА), расположенным в верхней части стенда, его вход расположен рядом с измерительной головкой. Предел измерения выбирается переключателем «Предел» с положениями 0,5 мА, 2 мА и 5 мА.
11.2. Лабораторные работы
11. 2.1. Лабораторная работа №1 «Ознакомительная»
11.2.1.1. В ходе лабораторной работы необходимо получить инструктаж по технике безопасности (приложение 1), ознакомиться с измерительными приборами, приобрести простейшие навыки измерений тока, напряжения и сопротивления, ознакомиться с работой осциллографа.
11.2.1.2. К цепи, схема которой показана на рис. 11.7, подключите генератор гармонических сигналов, вольтметр и амперметр. С помощью вольтметра установите напряжение источника 4 В на частоте 40 кГц.
11.2.1.3. Установите максимальное переменное сопротивление , измерьте его значение. Измерьте ток в цепи.
11.2.1.4. Установите минимальное сопротивление , вновь измерьте ток в цепи.



Рис. 11.7
11.2.1.5. Переключите вольтметр к выходу цепи (рис. 11.7), установите максимальное сопротивление , измерьте на нем напряжение. Изменяя сопротивление , проанализируйте изменение напряжения.
11.2.1.6. Подключите к выходу цепи осциллограф, установите устойчивое изображение напряжения, измерьте амплитуду и период сигнала.
11.2.1.7. Проанализируйте полученные результаты. Отчет по ознакомительной лабораторной работе не оформляется.
11.2.2. Лабораторная работа №2 «Резистивный делитель напряжения»
11.2.2.1. Освойте расчетные соотношения.
В цепи на рис. 11.8 общее сопротивление последовательно соединенных элементов и (емкость отключена) равно

. (11.1)


Рис. 11.8
Общий ток по закону Ома равен

, (11.2)

а напряжения на сопротивлениях и соответственно

(11.3)

По второму закону Кирхгофа

(11.4)

(фазы этих напряжений одинаковы).

Потребляемые в сопротивлениях и мощности для действующих значений тока и напряжений и равны

(11.5)

Потребляемая от источника мощность равна

. (11.6)
11.2.2.2. Соберите цепь с двумя вольтметрами, показанную на рис. 11.8. Установите напряжение источника В с частотой кГц и максимальное сопротивление , измерьте омметром его величину.

Измерьте протекающий ток и напряжения и . По второму закону Кирхгофа в резистивной цепи найдите напряжение



на сопротивлении , результаты внесите в табл. 11.1.
Таблица 11.1

мА	В	В	В	мА	В

По известным напряжению и сопротивлениям и рассчитайте ток в цепи и напряжение на сопротивлении , результаты запишите в табл. 11.1. Сформулируйте и запишите выводы.
11.2.2.3. По измеренным значениям , , и определите мощности и , потребляемые в сопротивлениях и а также в целом всей цепью , результаты внесите в табл. 11.2, сделайте выводы.
Таблица 2.2

мВт	мВт	мВт

11.2.2.4. Интервал величин сопротивления от 0 до максимального разбейте на 6-8 значений и внесите их в табл. 11.3. Установите напряжение В. Для каждого выбранного значения установите его с помощью омметра, измерьте ток и напряжение . Результаты запишите в табл. 11.3.
Таблица 11.3

№	Ом	мА	В
1
…
8

Вычислите коэффициент деления напряжения

,

результаты внесите в табл. 11.3. Постройте графики зависимостей , и .

Сформулируйте и запишите выводы, оформите отчет по лабораторной работе.

11.2.3. Лабораторная работа №3 «Резистивно-емкостная цепь»
11.2.3.1. Освойте необходимые расчетные соотношения.

В резистивно-емкостной цепи модуль сопротивления емкости равен

, (11.7)

а модуль полного сопротивления показанного на рис. 11.9а последовательного соединения сопротивления и емкости соответственно

. (11.8)

Для смешанной цепи на рис. 11.9б модуль полного сопротивления определяется выражением

. (11.9)


Рис. 11.9
В двухполюсной цепи амплитуды (и действующие значения) общего напряжения и тока связаны выражением закона Ома,

, (11.10)

- модуль полного сопротивления двухполюсника.

Для цепи на рис. 11.9а получим

(11.11)