Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«МАТИ-Российский государственный технологический университет имени »
_____________________________________________________________
Кафедра “Электроника и информатика”
Методические указания к выполнению лабораторной работы 1
по базовой дисциплине ООП ФГОС ВПО-3
«Электротехника и электроника»
ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН И
ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ
Составитель
Москва
2013
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ УЧЕБНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬ СКОГО СТЕНДА ЭЛУС 2
Лабораторные работы по базовой дисциплине "Электротехника и электроника" выполняются на учебно-исследовательском стенде ЭЛУС2. Стенд состоит из вертикальной стойки, трех горизонтальных наборных полей элементов и узлов электроники, горизонтальной полки-стола и кресла.
На вертикальной стойке смонтирован пульт включения питания стенда и размещены:
- источники питания (генератор сигналов низкочастотный ГЗ-109, генератор импульсов Г5-63, два источника постоянного тока Б5-48);
- измерительные цифровые приборы (два вольтметра В7-35, измеритель разности фаз Ф2-34);
- двухканальный осциллограф CI-83.
Внутри стенда размещена панель розеток и два магнитных пускателя: однофазный и трехфазный.
Подключение стенда к электрической сети осуществляется магнитным пускателем путем нажатия кнопки "Сеть-Вкл" пульта управления, расположенного на вертикальной стойке. При этом подается также трехфазное напряжение 36 В на зажимы А, В, С и 0, расположенные на этом пульте. Выключение стенда происходит при нажатии красной кнопки "Сеть-Вык" пульта управления.
Подключение приборов к сети выполняется с помощью переключателей "Сеть", установленных на лицевых или задней (вольтметр В7-35) стенках приборов, а выключение - как переключателями "Сеть" приборов, так и кнопкой "Сеть-Вык" пульта управления стенда.
В комплект стенда и приборов входят также соединительные и измерительные провода и выносные блоки (делители напряжения, шунты сопротивлений, трансформаторы тока, преобразователи и др.), расширяющие пределы измерения электрических величин.
Краткие технические характеристики приборов и порядок их подготовки к работе приведены в приложениях 1…5.
Лабораторная работа I
ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН И ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ
ЦЕПЬ РАБОТЫ
1. Ознакомление с лабораторным стендом ЭЛУС2, с цифровыми измерительными приборами, источниками питания и осциллографом.
2. Изучение методов и приобретения навыков измерения тока, напряжения, угла сдвига фаз между синусоидально изменяющимися напряжением и током, а также основных параметров пассивных элементов электрических цепей: резистора, индуктивной катушки и конденсатора.
ВИДЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН И СХЕМЫ ИССЛЕДУЕМЫХ ЦЕПЕЙ
В зависимости от способа обработки экспериментальных данных для нахождения результата различают прямые, косвенные, совместные и совокупные измерения.
Прямое измерение - измерение, при котором искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных в результате выполнения измерения. Пример прямого измерения - измерение вольтметром напряжения источника питания.
Косвенное измерение - измерение, при котором искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям.
Пример косвенного измерения: определение сопротивления резистора R из уравнения R = U/I, в которое подставляют измеренное значение напряжения U на зажимах резистора и протекающего через него тока I.
Совместные измерения - одновременные измерения нескольких неодноименных величин для нахождения зависимости между ними. Пример совместного измерения: определение зависимости сопротивления резистора от температуры по формуле R = R0(1 + аt + bt2) посредством измерения сопротивления резистора при трех различных температурах t. Составив систему из трех уравнений, находят параметры a и b зависимости сопротивления резистора от температуры.
Совокупные измерения - одновременные измерения нескольких одноименных величин, при которых искомые значения величин находят решением системы уравнений, составленных из результатов прямых измерений различных сочетаний этих величин. Пример совокупного измерения: определение сопротивлений резисторов, соединенных треугольником, посредством измерений сопротивлений между различными вершинами треугольника; по результатам трех измерений по известным соотношениям определяют сопротивления резисторов.
Различают также аналоговые и дискретные измерения. Если на заданном интервале времени число измеряемых мгновенных величин бесконечно, то говорят, что это аналоговые измерения, если это число конечно, то говорят о дискретных измерениях.
В зависимости от способа применения меры известной величины выделяют при измерениях метод непосредственной оценки и метод сравнения с мерой.
При методе непосредственной оценки значение измеряемой величины определяют непосредственно по отсчётному устройству (индикатору) измерительного прибора, например, измерение тока с помощью амперметра.
Методы сравнения с мерой - методы, при которых проводится сравнение измеряемой величины и величины, воспроизводимой мерой. Пример реализации метода сравнения с мерой: измерение сопротивлений с помощью четырехплечих мостов сопротивлений.
Измерение токов в ветвях электрической цепи проводят амперметрами различных систем, включаемыми последовательно с элементами ветвей. Для расширения предела измерения тока прибором применяют шунты (тарированные резисторы), включаемые параллельно с амперметром, или трансформатор тока (при измерении переменного тока), первичная обмотка которого включается в цепь с измеряемым током, а вторичная замкнута на амперметр. В этих случаях значение измеряемого тока равно показанию амперметра, умноженному на постоянный коэффициент, определяемый по методу дискретного делителя тока
I = IA(1 + RA/Rш),
где Rш < RA, RA и Rш – сопротивления амперметра и шунта.
Измерение напряжения осуществляется с помощью вольтметра, подключаемого параллельно к участку электрической цепи, напряжение на котором необходимо измерить. С целью расширения предела измерения вольтметра последовательно с его входом включают тарированные добавочные резисторы. В этом случае значение измеряемого напряжения равно показанию вольтметра, умноженному на добавочный множитель, определяемый по методу дискретного делителя напряжения
U = UV(1 + Rш/RV),
где Rш > RV, RV и Rш – сопротивления вольтметра и шунта.
Для измерения сопротивлений резистивных элементов кроме сравнительных методов широко используют мeтoд вольтметра-амперметра (R = U/I), в основу которого положен закон Ома для цепей постоянного тока.
Для измерения угла сдвига фаз j между синусоидальным напряжением и током в цепи переменного тока используют:
а) электронные измерители разности фаз (типа Ф2-34);
б) косвенный метод вольтметра-амерметра-ваттметра, при котором угол j определяют из уравнения
j = arccos (Р/UI),
где Р, U и I - показания ваттметра, вольтметра и амперметра на входе цепи или ветви цепи;
в) метод, основанный на измерении временного интервала t при помощи электронно-лучевого осциллографа. Временной интервал
t = j/w = j/2pf
пропорционален фазовому сдвигу j между синусоидальным напряжением и током в неразветвлённой цепи. При этом фазовый угол (в электрических градусах) определяют по формуле
j = 360°t/Т,
где T = l/f - период изменения питающего напряжения в секундах; f - частота питающего цепь напряжения в герцах (Гц).
В данной работе необходимо провести:
- прямые измерения постоянных и переменных токов и напряжений, прямые и косвенные измерения сопротивлений резисторов цифровыми универсальными вольтметрами (авометрами) В7-35, работающими соответственно в режиме измерения токов, напряжений или сопротивлений;
- косвенные измерения индуктивности и ёмкости соответственно индуктивной катушки и конденсатора;
- прямое измерение угла сдвига фаз в последовательных RL- и RC-цепях цифровым измерителем разности фаз Ф2-34 и косвенное измерение угла сдвига фаз в RC-цепи с помощью двухканального осциллографа C1-83;
- измерение частоты и амплитуды напряжения с помощью осциллографа C1-83.
 |
Схемы исследуемых цепей и включения приборов показаны на рис. 1.1 и рис. 1.2.
В качестве источника питания Е (рис. 1.1) используется источник постоянного напряжения Б5-48. Номинальные сопротивления (±10%) резисторов, смонтированных на панели 1:
R1 = 11 Ом; R2 = 910 Ом; R3 = 510 Ом; R4 = 430 Ом.
В качестве источника синусоидальной ЭДС E (рис. 1.2) используется генератор синусоидальных колебаний ГЗ-109 (выход "ã®1"). На вход "2®ã" измерителя разности фаз Ф2-34 подается опорное напряжение U (Uad) с выхода генератора ГЗ-109, а. на вход "1®ã" измерителя Ф2-34 - напряжение, снимаемое с шунта-резистора R1 и миллиамперметра mA: Ubd = R×I, пропорциональное току I. Выводы генератора ГЗ-109 и измерителя Ф2-34, соединённые с массами "^" приборов, подсоединены к точке d (рис. 1.2).
Угол сдвига фаз j между напряжением и током в RС-цепи равен показанию Y измерителя Ф2-34, взятому с обратным знаком, т. е. j = - Y, а в RL-цепи j = 360° - Y.
|
Измерив напряжение U, ток I и угол сдвига фаз j между ними, определяют:
Z = U/I - полное сопротивление цепи;
X = Zsinj; при этом XL = wL = 2pfL [Ом] - индуктивное сопротивление катушки; XС = 1/(wС) = 1/(2pfC) [Ом] - ёмкостное сопротивление конденсатора;
L = XL/w = XL/(2pf) [Гн] или L = 103XL/2pf [мГн] - индуктивность катушки RL-цепи в генри (Гн) или в милигенри (мГн);
С = 1/(wXC) = 1/(2pf×XC) [Ф] или С = 106/(2pf×XC) [мкФ] - ёмкость конденсатора RС-цепи в фарадах (Ф) или микрофарадах (мкФ).
Для экспериментов можно выбрать любую из смонтированных на панели 1 катушек с индуктивностью Lk = 8…12 мГн, конденсатор с ёмкостью С = 1 мкФ и резистор R1 с сопротивлением 11 Ом (см. рис. 1.2).
ЗАДАНИЯ И МЕТОДИЧЕСНИЕ УКАЗАНИЯ
К ИХ ВЫПОЛНЕНИЮ
1. Ознакомиться с лабораторным стендом ЭЛУС2. Пользуясь краткими описаниями приборов (см. приложения 1…5) и непосредственно у стенда изучить их назначение, принципы работы и устройства, порядок подготовки к работе (порядок настройки, регулировки, калибровки, установки диапазонов измерений и т. п.).
2. Провести прямые измерения сопротивлений резисторов R1пр…R4пр наборного поля цифровым вольтметром В7-35, работающим в режиме измерения сопротивлений (переключатель рода работы установить в положение „¾", а переключатель вида измеряемой величины - в положение "кW--МW"
3. Провести прямые измерения постоянных напряжений и тока и косвенные измерения (методом вольтметра-амперметра) сопротивлений резисторов R1кос…R4кос; сравнить рассчитанные косвенным методом сопротивления резисторов R1кос…R4кос со значениями R1пр…R4пр, полученными при прямом методе измерений; рассчитав отклонения соответствующих значений сопротивлений резисторов Rкос от их значений Rпр по формуле:
DR% = (Rкос - Rпр)×100% /Rпр.
Для этого, собрать схему (рис. 1.1), используя источник постоянного напряжения Б5-48 и вольтметры В7-35, работающие соответственно в режиме измерения постоянного напряжения и тока. После подключения источника Б5-48 к исследуемой цепи установить на его выходе переключатель напряжения "V" в положение 15 В, а переключатель тока "A" - в положение 0,1 А и только после этого включить источник Б5-48 в сеть.
Результаты измерений и расчётов занести в табл. 1.1.
Таблица 1.1
Измерено | Вычислено | ||||||||||||
U В | I А | Ubс В | Ucd В | Ude В | Uef В | R1 Ом | R2 Ом | R3 Ом | R4 Ом | DR1 % | DR2 % | DR3 % | DR4 % |
4. Провести прямые измерения переменных напряжений, тока и угла сдвига фаз в RL-цепи и рассчитать индуктивность LK индуктивной катушки L. С этой целью:
а) собрать схему (рис. 1.2), используя генератор сигналов ГЗ-109 (выход "ã®1"), цифровые вольтметры В7-35, работающие в режиме измерения соответственно переменного напряжения и тока, и измеритель разности фаз Ф2-34, работающий в режиме измерения абсолютного значения разности фаз (нажать кнопку „j");
б) на лицевой панели генератора ГЗ-109 установить:
- переключатель "Нагрузка W" в положение "AТT";
- делитель напряжения (аттенюатор) в положение 1,5 В;
- ручку "
" плавного регулирования напряжения в крайнее левое положение;
- частоту выходного напряжения 1000 Гц.
Внимание! Более длинные или окрашенные в черный цвет концы измерительных (выходных) проводов соединены с массами "^" соответствующих приборов (ГЗ-109, Ф2-16, CI-83);
в) включить генератор ГЗ-109 в сеть и установить уровень выходного напряжения 1 В, с тем, чтобы напряжения Uad и Ubd на входах измерителя разности фаз Ф2-34 были бы больше 2 мВ, но менее 2 В. При этом показание измерителя Ф2-34 соответствует углу (отсчитанному в обратном направлении вращения часовой стрелки) в комплексной плоскости между осью действительных чисел, с которой совпадает направление вектора опорного напряжения U = Uad (канал "2®ã", рис. 1.2), и направлением вектора напряжения Ubd = RI, пропорционального току I (канал 1®ã).
Результаты измерений и расчётов занести в табл. 1.2.
Таблица 1.2
Цепь (рис. 1.2) | Установлено | Измерено | Вычислено | |||||||
U, B | f, кГц | I, mA | j, град | Uab B | Ubd, B | Z, Ом | X, Ом | LK, мГн | C, мкФ | |
RL | 1 | 1 | ------ | |||||||
RC | 1 | 10 | ----- |
5. Провести прямые измерения переменного напряжения, тока и угла сдвига фаз в RС-цепи и рассчитать ёмкость С конденсатора С10 или С11.
С этой целью вывести ручку плавной регулировки напряжения "" генератора ГЗ-109 в крайнее левое положение, отсоединить индуктивную катушку L и подсоединить к точкам a и b цепи конденсатор С10 или С11 (см. рис. 1.2). Установить частоту 10 кГц и входное напряжение U = 1 В генератора ГЗ-109 и провести измерения и расчёты параметров цепи (см, табл. 1.2, строка для RC-цепи).
6. Провести косвенное измерение частоты f питающего напряжения RC-цепи и угла сдвига фаз в ней с помощью двухканального осциллографа CI-83 и сравнить полученное значение угла сдвига фаз со значением прямого измерения угла j.
Для этой цели подключить оба канала осциллографа CI-83 параллельно входам измерителя разности фаз Ф2-34 (или вместо измерителя Ф2-34) (см. рис. 1.2). Установить переключатели вертикального отклонения луча обоих каналов осциллографа в положение "2 V/дел", а переключатель "Время/дел" - в положение "20ms". Изменяя положения переключателей "V/дел", получить удобные для исследования размеры изображений синусоид напряжений ubd и uad .
Частоту напряжения uad определяют по формуле f = 1/T, где Т - период колебаний, измеряемый в делениях шкалы Х сетки экрана осциллографа, умноженных на цифровую отметку 20 мкс переключателя "Время/дел", установленного в крайнее правое положение (до щелчка). Угол сдвига фаз j = 360°t/Т [град], где t - интервал времени, измеряемый в делениях шкалы X экрана осциллографа, умноженный на 20 мкс, находящийся между двумя положительными полусинусоидами ubd и uad, проходящими через нулевые значения (или между их амплитудами)
7. Провести измерение амплитуды напряжения uad = Um (рис. 1.2) с помощью осциллографа CI-83 и сравнить измеренное значение Um, делённое на 
, т. е. значение Um/, с показанием вольтметра В7-35, подключенного к точкам а и d (вольтметр B7-35 предназначен для измерения действующего значения напряжения U = Um/).
С этой целью с помощью ручек вертикального Y и горизонтального X перемещения луча установить сигнал на экране осциллографа в удобное для измерения положение. Значение амплитуды сигнала в вольтах равно произведению измеренного значения Y в делениях шкалы сетки экрана на цифровую отметку 10 показаний переключателя "V/дел" (при повернутой в крайнее правое положение (до щелчка) ручке плавного регулирования вертикального отклонения луча.
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
1. Цель работы.
2. Перечень приборов, использованных в экспериментах, с их краткими характеристиками (тип прибора, назначение, род тока, измеряемые величины, пределы измерения или выходные параметры).
3. Электрические схемы (см. рис. 1.1 и рис. 1.2), вычерченные согласно ГОСТу.
4. Таблицы результатов измерений и расчётов.
5. Расчётные формулы.
6. Выводы по работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Нарисуйте схему включения в неразветвлённую цепь приборов: амперметра, вольтметра и измерителя разности фаз для измерения тока, напряжения и угла сдвига фаз.
2. Объясните назначение выводов "ã®1" и "ã®2" генератора сигналов ГЗ-109. Как подготовить генератор ГЗ-109 для питания электрической цепи с сопротивлением 30 Ом?
3. Как измерить частоту исследуемого сигнала с помощью осциллографа CI-83?
4. Определите временной интервал, соответствующий углу сдвига фаз, равного 60°, при частоте исследуемых периодических сигналов, равной 10 кГц.
5. Назовите допустимые максимальные значения напряжений входных сигналов измерителя разности фаз Ф2-34 и осциллографа CI-83.
6. Как проводят косвенные измерения сопротивления, индуктивности, ёмкости? Перечислите необходимые при этих измерениях приборы.
7. Как подготовить генератор ГЗ-109, чтобы при активной нагрузке цепи 250 Ом, он был бы близок к идеальному источнику напряжения? К идеальному источнику тока?
8. Объясните, как проводится проверка калибровки коэффициентов вертикального отклонения луча осциллографа C1-83?
9. Поясните, как установить пределы измерения напряжения, тока цифрового вольтметра В7-35?
ПРИЛОЖЕНИЯ
В приложениях приведены краткие технические характеристики и некоторые особенности цифровых измерительных приборов, источников питания и электронно-лучевого осциллографа.
Приложение 1
Генератор сигналов низкочастотный ГЗ-109
Низкочастотный генератор сигналов ГЗ-109 представляет собой источник синусоидальных электрических колебаний звуковой и ультразвуковой частоты с малым коэффициентом гармоник (от 0,5% до 2% в зависимости от поддиапазонов частоты).
1. Диапазон частот генератора заключен в пределах от 20 Гц до 200 кГц, который перекрывается четырьмя поддиапазонами (переключателем "Множитель частоты"):
от 20 Гц до 200 Гц - 1-й поддиапазон (х1);
от 200 Гц до 2000 Гц - 2-й поддиапазон (х10);
от 2000 Гц до 20 кГц - 3-й поддиапазон (х102);
от 20 кГц до 200 кГц - 4-й поддиапазон (х103) с плавной подстройкой частоты внутри каждого поддиапазона (ручкой, связанной с вращающейся шкалой "Hz" с делениями от 20 до 200).
2. Основная погрешность установки частоты не превышает ±(1+50/f) % в диапазоне частот свыше 200 Гц до 20 кГц; ±(2+50/f)% в диапазоне от 20 Гц до 200 Гц и свыше 20 кГц до 200 кГц, где f - номинадьное значение частоты, устанавливаемое по шкале частот "Hz" (Гц).
3. Наибольшее значение уровня выходного напряжения генератора на гнезде "ã®1" при сопротивлении нагрузки 50 Ом не менее 15 В (максимальный ток в нагрузке не более 0,3 А). Выходное напряжение на гнезде "ã®1" можно регулировать ступенчато через 10 дБ (до 60 дБ) с помощью делителя напряжения-аттенюатора [диапазоны: 15 mV; 50 mV; 150 mV; 500 mV; 1,5 V; 15 V], а также плавно потенциометром "" в каждом диапазоне.
4. Нестабильность выходного напряжения за любые 3 часа работы не превышает 5%; неравномерность уровня выходного напряжения генератора при перестройке частоты от 20 Гц до 200 кГц не превышает:
- на гнезде "ã®1", 5% при сопротивлении нагрузки 50 Ом;
- на клеммах выхода "ã®2" при несимметричных и симметричных нагрузках 5, 50, 600 и 5000 Ом соответственно ±15%, ±10%, ±10% и ±25%.
5. Наибольшее значение уровня выходной мощности на клеммах выхода "ã®2" при симметричных и несимметричных нагрузках 5, 50, 600 и 5000 Ом не менее 4 Вт.
6. Электрическая структурная схема генератора сигналов ГЗ-109 приведена на рис. П1.
Синусоидальные электрические колебания заданной частоты и амплитуды от автогенератора 1 типа RC поступают на усилители напряжения и мощности 2, выходное напряжение которых контролируется индикатором 3. Выходное напряжение усилителя подается через делитель напряжения (аттенюатор) 4 на гнездо "ã®1" или через коммутатор 5 выходных обмоток согласующих трансформаторов 6 на клеммы "ã®2".
7. На переднюю панель прибора выведены:
- слева: ручка тумблера переключателя "Сеть"; ручка переключателя "Множитель частоты" поддиапазонов частоты; ручка и шкала плавной установки частоты в пределах каждого поддиапазона;
- в центре: ручка потенциометра "" плавной установки уровня выходного напряжения; ручка аттенюатора 60 дБ (15mV…15 V) - ступенчатой регулировки выходного напряжения; разъем гнезда "ã®1"; индикатор выходного напряжения;
- справа: ручка переключателя "Нагрузка-W" (положение "АТТ" для гнезда "ã®1"; положения 5, 50, 600 и 5000 Ом для клемм выхода "ã®2"; четыре зажима выхода "ã®2".
8. Подключение нагрузки:
а) при нагрузке, значительно большей 50 Ом:
- поставить переключатель "Нагрузка-W" в положение "АТТ" ;
- подключить к гнезду "ã®1" внешнее стандартное сопротивление 50 Ом ;
- установить с помощью аттенюатора уровень необходимого выходного напряжения (15 mV; 50mV; 150 mV; 500mV; 1,5V; 5V; 15V);
- подключить к выходу выносного сопротивления 50 Он исследуемую цепь;
- включить питание прибора (переключателем "Сеть");
- установить (плавно вращая ручку потенциометра "") уровень выходного напряжения;
б) при нагрузке внешней цепи 5, 50, 600 или 5000 Ом:
- отключить от гнезда "ã®1" стандартную нагрузку 50 Ом;
- установить аттенюатор в положение 15 В;
- установить переключатель "Нагрузка-W" в соответствующее внешней нагрузке положение (5, 50, 600 или 5000 Ом);
- подключить нагрузку (исследуемую цепь) к выходу "ã®2" прибора, а именно: к нижней (соединённой перемычкой с массой "^" генератора) и верхней клеммам; при этом средняя точка (клемма "СТ") свободна;
- включить питание генератора (переключателем "Сеть");
- установить (плавно вращая ручку потенциометра "") уровень выходного напряжения;
в) при симметричной нагрузке (например, при питании биполярного выпрямителя) среднюю точку "СТ" выходного трансформатора соединить с массой "^" генератора; нагрузку подключить к двум другим клеммам и к средней точке "СТ" выхода "ã®2".
9. В генераторе предусмотрен также режим снятия напряжения с двух выходов.
Приложение 2
Двухканальный осциллограф CI-83
Электронно-лучевой осциллограф CI-83 предназначен для наблюдения и измерения одного или двух электрических сигналов (процессов): напряжения, частоты, фазового угла, временных интервалов и т. п.
Диапазон исследуемых сигналов:
- частота f = (0…5) МГц; амплитуда напряжения Um = 400 мкВ…200 В;
- временной интервал t = 400 нс…20 с.
Относительная погрешность измерения зависит от характеристик сигналов, режимов работы осциллографа и других факторов и изменяется в пределах (3…8)%. Как измеритель, осциллограф относится ко 2-му классу точности. Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) типа ЭЛТ17Л02Х.
2. Упрощенная структурная схема, осциллографа CI-83 изображена на рис. П2.
 |
Электрические сигналы через делители (аттенюаторы) 1 и усилители 2 подаются на пластины Y вертикального отклонения электронного луча. Горизонтальная развертка (пластины X) и синхронизация обеспечиваются генераторами 3 и 4. Калибратор 5 генерирует стандартные прямоуголвные импульсы частотой 1000 Гц. Уровень входных сигналов регулируется переключателем 6 ("V/дел"), а частота развертки - переключателем 7 ("Время/дел"). В осциллографе имеется два канала вертикального отклонения луча.
3. На переднюю панель выведены следующие устройства управления и предупреждения:
- красный знак " ! ": одновременное включение двух и более кнопок недопустимо!
- ручки "Ä", "Q", "¥", "
^" регулировки яркости, фокуса, астигматизма луча и освещения линий шкалы ЭЛТ. Исходное положение ручек - среднее. Ручки расположены под ЭЛТ;
- переключатели "V/дел" (левая половина панели) калиброванных коэффициентов отклонения лучей в каналах 1 и 2. Положение перед включением - 5 mV;
- потенциометры "
" плавного регулирования коэффициентов отклонения лучей в каналах 1 и 2. Исходное положение - правое крайнее;
- переключатели входов усилителей каналов 1 и 2:
a) "
" - "Закрытый вход" периодических сигналов;
б) "
" - "Открытый вход" сигналов с постоянной составляющей;
в) "^" - вход усилителя замкнут на массу;
исходное положение перед включением - "";
- кнопки включения режимов работы:
а) "I" - включения канала 1; "II, Х-У" - включение канала 2;
б) "..." - включение каналов 1 и 2 с частотой их переключения 100 кГц; "®®" - включение каналов 1 и 2 с переключением их в конце каждого хода развертки;
- переключатели изменения коэффициентов усиления, совмещённые с ручками вертикального перемещения луча "
"; в положении "х1" ("" - ручка "вытянута") коэффициент усиления соответствует оцифровке переключателя "V/дел"; в положении ";x10" (";"- ручка "утоплена") коэффициент усиления соответствует оцифровке переключатеkя "V/дел", умноженной на 10. Нормальное положение ручек ";x10";
- переключатель фазы сигнала (слева под ЭЛТ):
a) "
" - фаза сигнала не меняется;
б) "" - фаза сигнала меняется на 180°;
в) "—Ó1МW35рF" - входы исследуемых сигналов 1 и 2 (входное сопротивление канала усилителя не менее 1 МW с параллельной ёмкостью не более 35 пФ);
- переключатель "Время/дел" (правая часть панели) изменения коэффициентов развертки луча (верхняя ручка плавной регулировки должна быть в крайнем правом положении). Перед включением переключатель устанавливается на деление "1ms";
- потенциометр "«" перемещения луча по горизонтали; он совмещен с переключателем ";х1"- "x0,2" - изменения времени развертки; при этом в положении ";х1" потенциометра время развертки луча соответствует оцифровке шкалы переключателя "Время/дел"; в положении "x0,2" время развертки луча равна оцифровке шкалы переключателя "Время/дел", умноженной на 5. Нормальное положение переключателя ";х1";
- кнопки синхронизации развертки. Синхронизация осуществляется в автоматическом или ждущем режиме с амплитудами от 0,5 В до 50 В как от внешних, так и от внутренних генераторов развертки. Положение перед включением осциллографа - "АВТ".
4. Для выполнения калибровки вертикального отклонения луча необходимо включить питание осциллографа (посредством переключателя "Сеть") и установить:
- переключатель "V/дел" канала 1 в положение "6дел" (ручка "" в крайнем правом положении); переключатель "Время/дел" в положение "0,5s". Амплитуда калиброванных прямоугольных импульсов должна быть равна шести делениям сетки ЭЛТ;
- ручку "" канала 1 повернуть влево до упора. Амплитуда калиброванных импульсов должна уменьшиться в 2,5 раза;
- повторить выполнение раздела 5 относительно канала 2. Если величина амплитуды калиброванного сигнала не равна шести делениям шкалы, то потенциометром "", выведенным под шлиц на переднюю панель, установить амплитуду, равную шести делениям. При положительных результатах операции калибровки осциллограф считается работоспособным.
Приложение 3
Вольтметр универсальный цифровой В7-35
Вольтметр предназначен для измерения постоянных и переменных (синусоидальных) напряжений и токов, а также сопротивлений постоянному току с представлением результатов измерений в цифровой форме и с автоматическим выбором предела измерения. Диапазоны измеряемых величин:
1. Напряжения постоянного тока 10-4В.
2. Постоянного тока . 10-7… 1 A:
- с внешним шунтом 10 А 1...10 А.
3. Напряжения переменного тока:
в диапазоне частот от 20 Гц до 20 кГц 10-4В;
- " - от 20 Гц до 1 кГц 10-4В;
- с внешним делителем 1:1000 В
в диапазоне частот от 20 Гц до 20 кГц 300...1000 В;
- с высокочастотным преобразователем
в диапазоне частот от 20 Гц до 100 МГц 0,1...1,2 В;
- " - от 20 кГц до 30 МГц 0,1 В.
4. Переменного тока;
- в диапазоне частот от 20 Гц до 20 кГц 10-4...12 мА;
- " - от 20 Гц до I кГц 10-4...1 А;
- с внешним шунтом 10 А 1...10 А.
5.Сопротивления постоянному току 1...107 Ом.
6. Допустимый коэффициент гармоник измеряемого переменного напряжения:
- в диапазоне частот от 20 Гц до 20 кГц £ 0,3%;
- " - от 20 кГц до 100 МГц <1%;
- тока £ 0,5%.
7. Индикация отрицательной полярности напряжения и тока и выбор пределов измерения (кроме измерений с выносными преобразователями) производится автоматически.
8. Выбор вида измерений производится вручную двумя переключателями:
- рода работы: "—" или "
" и "»" (для сигналов частотой от 20 кГц до 100 МГц);
- измеряемой величины: "mV-V"; "mА-mA"; "кW-МW".
9. Пределы допустимой относительной погрешности от ±0,2% до ±3% в зависимости от рода работы, предела и диапазона частот измеряемой величины.
10. Действие прибора основано на преобразовании измеряемого напряжения, тока или сопротивления в пропорциональный им интервал времени. Измеряемая величина трансформируется в нормированное постоянное аналоговое напряжение, затем оно с помощью аналогово-цифрового преобразователя преобразуется в цифровой код. Преобразование напряжения во временной интервал осуществляется методом двухтактного интегрирования: первый такт - интегрирование входного напряжения при постоянном времени (эквивалентного 1000 стандартных импульсов) путем разрядки заряженной ёмкости; второй такт - зарядка указанной ёмкости эталонным током; при этом время зарядки ёмкости до первоначального значения пропорционально входному, напряжению. Этот интервал времени заполняется счётными импульсами.
11. На передней панели расположены:
- цифровые индикаторы, индуцирующие знак отрицательной полярности и показания от 0000 до 1950;
- 6 светодиодов размерности измеряемой величины ("mV"; "V";
"mА"; "mA"; "кW"; "MW");
- два переключателя по три положения каждый:
слева - переключатель рода работы:
1-e положение "—" - измерение сигналов постоянного тока;
2-e положение "" - измерение сигналов переменного тока в диапазоне частот от 20 Гц до 20 кГц:,
3-e положение "»" или "ВЧ" - измерение напряжений в диапазоне частот от 20 кГц до 100 МГц через внешний высокочастотный преобразователь;
справа - переключатель вида измеряемой величины:
1-е положение "mV-V" - измерение напряжений;
2-е положение "mA-mA" - измерение токов;
3-е положение "кW-МW" - измерение сопротивлений.
12. На правой боковой стенке находятся:
- входные измерительные гнёзда: "Вход" и "*";
- разъём "ВЧ";
- потенциометр "q" установки нуля АЦП.
13. На левой боковой стенке прибора смонтирована кнопка "Яркость" индикатора.
14. Измерение:
- включить питание прибора (переключатель "Сеть" расположен на задней стенке корпуса) - на индикаторе появляются случайные цифры и нули;
- вставить в гнёзда (справа корпуса) измерительные шнуры (провода);
- выбрать род работы: установить левый переключатель в положение "—", или "", или "»" ("ВЧ");
- установить правый переключатель вида измеряемой величины в положение: "mV-V", "mA-mA", или "кW-МW"; в последнем случае переключатель рода работы поставить в положение "—";
- подсоединить измерительные провода к исследуемому объекту;
- провести отсчёт по индикатору,
- выключить питание прибора после окончания измерений.
Приложение 4
Измеритель разности фаз Ф2-34
Измеритель Ф2-34 предназначен ддя измерения разности фаз между двумя синхронными синусоидальными сигналами с цифровым отображением информации и может быть использован для снятия фазовых характеристик электронных цепей, фильтров, усилителей и т. п.
1. Диапазон измеряемой разности фаз: от 0 до 360°.
2. Разрешающая способность индикатора: 0,01°.
3. Диапазон рабочих частот сигналов: от 0,5 Гц до 5 МГц.
4. Диапазон входных напряжений (без внешних делителей):
- при частоте < 1 Гц от 20 мВ до 2 В;
- при частоте ³ 1 Гц, но < 5 Гц от 10 мВ до 2 В;
- при частоте > 5 Гц, но < 5 МГц от 2 мВ до 2 В.
При использовании делителей напряжения 1:15 и 1:100 диапазоны напряжений больше соответственно в 15 и 100 раз.
5. Погрешность измерения угла сдвига фаз (в электрических градусах) при напряжениях от 20 мВ до 2 В в соответствии с диапазонами частот (см. раздел 4): ± 0,25)/f; ± (0,08 + 0,1/f) и ± (0,l + l0-7f), а при напряжениях от 2 мВ до 10 мВ и частотах от 5 Гц до 5 МГц - ± (0,5 + l0-7f).
6. Входное активное сопротивление прибора не менее 1 МОм; входная ёмкость не более 25 пФ.
7. Предусмотрено два режима измерений:
- с малым временем измерения, равным (1,4 ± 0,3) с (переключатель в положении "1s");
- с большим временем измерения, равным (11 ± 3) с (переключатель в положении "10s") при больших уровнях помех и шумов.
8. При нажатии кнопки "j" проводится измерение абсолютного значения разности фаз, а при нажатии кнопки "Dj" - приращения разности фаз.
 |
9. Структурная электрическая схема измерителя разности фаз приведена на рис. П4.
10. Принцип работы измерителя разности фаз основан на время-импульсном преобразовании входных напряжений при постоянном времени измерения. Входные сигналы подаются на разъём "1®©" (исследуемый сигнал) и "2®©" (принимаемый за опорный, рис. П4), и через формирователи (усилители-ограничители) I и 2 поступают на фазовый детектор 3, преобразующий временной интервал разности фаз в импульсные последовательности. После подсчёта (в счётчике 4) и преобразования импульсы поступают на индикатор 5, где отображаются три разряда градусов, запятая и два разряда долей градуса.
11. На лицевую панель вынесены:
- переключатель "Сеть";
- разъёмы входов "1®©" и "2®©" сигналов;
- цифровой индикатор градусов;
- кнопки "j" и "Dj".
12. Подготовка к работе и измерение:
- включить питание прибора (посредством переключателя "Сеть") и обеспечить прогрев в течение 15 минут. При этом должна работать цифровая индикация прибора;
- нажать кнопку "j" для измерения абсолютного значения угла сдвига фаз или кнопку "Dj" для измерения приращения угла сдвига фаз;
- подать сигналы напряжения (не более 2 В) на разъёмы "1®©" "2®©". При больших уровнях сигналов нужно использовать выносные делители напряжения 1:15 или 1:100, имеющиеся в комплекте прибора;
- при больших уровнях помех и шумов в сигналах установить переключатель, смонтированный на задней стенке прибора, в положение "10s". При этом цикл измерения увеличится с 1 c до 10 с;
- снять показание прибора;
- выключить питание прибора после окончания измерений.
Приложение 5
Генератор импульсов Г5-63
Генератор импульсов предназначен для формирования последовательности прямоугольных импульсов переключаемой полярности.
1. Длительность импульсов: от 0,1 мкс до 1 мс.
2. С помощью ступенчатого переключателя "Длительность" и ручки плавной регулировки длительности в каждом поддиапазоне устанавливают следующие поддиапозаны длительности импульсов:
(0,1…0,3) мкс; (0,3…1) мкс; (1…3) мкс; (3…10) мкс; (10…30) мкс; (30…100) мкс; (100…300) мкс; (300…1000) мкс.
3. Амплитуда напряжения основных импульсов от б мВ до 60 В регулируются с помощью:
- двух переключателей с оцифровкой 20 В и 60 В;
- трёх независимых тумблеров ступенчатого ослабления: 1:2; 1:10 и 1:100;
- переключателя полярности импульсов с возможным ослаблением амплитуды 1:3;
- ручки плавного изменения амплитуды в пределах двукратного ослабления установленного переключателями уровня.
4. Период повторения импульсов при внутреннем запуске в режиме одиночных импульсов: от 10 мкс до 200 мс; он может плавно регулироваться в поддиапазоках: (10…30) мкс; (30…100) мкс; (100…300) мкс; (0,3…1) мс; (1…3) мс; (3…10) мс; (30…100) мс; (100…200) мс с помощью ручки плавной регулировки "Период повторения" и переключателя диапазонов.
5. Предусмотрен также режим запуска последовательности двух импульсов, регулируемая эадеркка импульсов и внешний запуск импульсов.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1 , Марченко элекгротехники. Учебное пособие для втузов (+СD). - М.: Физматлит, 2, 2011), 568 с.
2. , Освальд C. В. Лабораторный практикум по электротехнике и электронике в среде Multisim. - М.: ДМК Пресс, 2010, 448 с.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Краткое описание учебко-исследовательскогс стенда ЭЛУС2 …… 3
Лабораторная работа 1. Измерение электрических величин и параметров элементов электрических цепей ………………………………… 4
Приложение 1. Генератор сигналов низкочастотный ГЗ-109 …… 10
Приложение 2. Двухканальный осциллограф CI………… 12
Приложение 3. Вольтметр цифровой универсальный В7-35 .…… 15
Приложение 4. Измеритель разности фаз Ф2-16 . ……………… 17
Приложение 5. Генератор импульсов Г5………………. 18
Библиографическкй список………………………………………… 19
