МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Алтайский государственный университет»
Рубцовский институт (филиал)
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ПО ДИСЦИПЛИНЕ
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ И ЭЛЕКТРОНИКЕ
Специальность - 230101.65 Вычислительные машины, комплексы, системы и сети.
Форма обучения – очная
Кафедра – математики и прикладной информатики
Рубцовск - 2011
При разработке учебно-методического комплекса в основу положены:
1) ГОС ВПО по специальности 230101.65 Вычислительные машины, комплексы, системы и сети, утвержденный Министерством образования РФ «27» марта 2000 г., 224 ТЕХ/ДС
2) Учебный план по специальности 230101.65 Вычислительные машины, комплексы, системы и сети, утвержденный решением Ученого совета РИ (филиала) АлтГУ от «23» мая 2011г., протокол
Учебно-методический комплекс одобрен на заседании кафедры математики и прикладной информатики от «27» июня 2011 г., протокол №15
СОДЕРЖАНИЕ
1. Рабочая программа.. 4
1.1 ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА.. 4
1.2 ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН.. 6
1.3 СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ... 8
2. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОСВОЕНИЮ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ « ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ И ЭЛЕКТРОНИКЕ». 20
3. МАТЕРИАЛЫ К ПРОМЕЖУТОЧНОМУ И ИТОГОВОМУ КОНТРОЛЮ... 21
4. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 29
5. СПИСОК ОСНОВНОЙ И ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ, ДРУГИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ.. 30
1. Рабочая программа
1.1 ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Цель курса.
Рабочая программа учебной дисциплины «Лабораторный практикум по электротехнике и электронике» предназначена для реализации государственных требований к минимуму содержания и уровню подготовки выпускников по специальности: «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети» очной формы обучения. Рабочая программа составлена на основании государственного стандарта по данной специальности, утвержденного приказом Министерства образования Российской Федерации от 01.01.01 года.
Курс «Лабораторный практикум по электротехнике и электронике» входит в цикл общей подготовки и является необходимой составляющей частью базового курса «Электротехника и электроника» для специальности Вычислительные машины, комплексы, системы и сети.
Задачи курса.
Подготовка специалистов к деятельности по производству и эксплуатации основных средств вычислительной техники, вычислительных машин, комплексов, систем и сетей.
Дать студентам знания по теоретическим основам электротехники, основным методам исследования сложных электрических цепей, упорядочить сложившуюся терминологию в этой области.
Формирование умений и навыков по следующим направлениям деятельности:
- проведение инженерных расчетов, выполнение научно-исследовательских работ в областях, связанных с электротехникой, аналоговой и цифровой электроникой;
- овладение методикой измерения электрических величин;
- овладение методами исследования режимов работы электрических цепей.
Перечень дисциплин, усвоение которых студентами необходимо для изучения данного курса:
Содержание программы базируется на знаниях студентов, полученных в период изучения дисциплин «Математика», «Физика», «Электротехника».
Курс общим объемом 170 часов выполняется в течение двух семестров, завершается зачетом в каждом семестре; обязательным условием допуска студента к зачету является выполнение всех лабораторных практикумов и их своевременная защита.
Курс «Лабораторный практикум по электротехнике и электронике» относится к циклу ОПД. Р.01. Цикл общепрофессиональных дисциплин. Региональный компонент.
Программа рассчитана на 170 часов, из них 84 часа отведено на самостоятельную работу студентов и 86 - аудиторных часов.
Программа предусматривает различные формы работы со студентами: лабораторных работ, в качестве промежуточного контроля знаний проводится защита отчетов.
Итоговой контрольной точкой после освоения данного курса является зачет.
1.2. ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН
(распределение часов курса по разделам и видам работ)
Очная форма обучения
Дидактические единицы (ДЕ) | Наименование разделов | Максимальная нагрузка студентов, час. | Количество аудиторных часов при очной форме обучения | Самостоятельная работа студентов, час. | ||
Лекции | Семинары | Лабораторные работы | ||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
ДЕ 1 30 баллов | 1. Электроизмерительные приборы. | 18 | 8 | 10 | ||
2. Сложная электрическая цепь постоянного тока. | 16 | 6 | 10 | |||
Промежуточный контроль | Защита отчетов. | |||||
ДЕ 2 30 баллов | 3. Исследование неразветвленной цепи однофазного переменного тока. | 18 | 8 | 10 | ||
4. Исследование разветвленной цепи однофазного переменного тока. | 16 | 6 | 10 | |||
Промежуточный контроль | Защита отчетов. | |||||
ДЕ 3 40 баллов | 5. Исследование трехфазной электрической цепи при соединении приемников звездой. | 12 | 8 | 4 | ||
6. Исследование трехфазной электрической цепи при соединении приемников треугольником. | 12 | 6 | 6 | |||
Промежуточный контроль | Защита отчетов. | |||||
Семестровый контроль | Зачет | |||||
Часов за семестр | 92 | 42 | 50 | |||
ДЕ 4 30 баллов | 7. Работа с осциллографом. | 8 | 4 | 4 | ||
8. Электрические цепи постоянного тока. | 10 | 6 | 4 | |||
9. Пассивные RC - и RLC-цепи. | 10 | 6 | 4 | |||
Промежуточный контроль | Защита отчетов. | |||||
ДЕ 5 30 баллов | 10. Полупроводниковый диод. Статические характеристики. | 10 | 6 | 4 | ||
11. Полупроводниковый диод. Выпрямители. | 8 | 4 | 4 | |||
12. Биполярные транзисторы. Статические характеристики. | 6 | 4 | 2 | |||
Промежуточный контроль | Защита отчетов. | |||||
ДЕ 6 40 баллов | 13. Биполярные транзисторы. Ключевые схемы. Повторители. | 6 | 4 | 2 | ||
14. Биполярные транзисторы. Однокаскадные усилители. | 10 | 6 | 4 | |||
15. Биполярные транзисторы. Дифференциальный усилитель. | 4 | 2 | 2 | |||
16. Операционные усилители. | 6 | 2 | 4 | |||
Промежуточный контроль | Защита отчетов. | |||||
Итоговый контроль | Зачет | |||||
Часов за семестр | 78 | 44 | 34 | |||
Итого часов | 170 | 86 | 84 |
1.3. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
(дидактические единицы)
ДЕ 1
Содержание лабораторных занятий
Лабораторная работа №1. Электроизмерительные приборы.
Лабораторная работа – 4 часа.
Аудиторное изучение:
Понятие об электроизмерениях как области электротехники, в которой изучаются средства и способы измерений, виды погрешностей и классы точности приборов.
Самостоятельное изучение:
Виды систем стрелочных электроизмерительных приборов, принцип действия каждой из них.
Лабораторная работа №2. Сложная электрическая цепь постоянного тока.
Лабораторная работа – 6 часов.
Аудиторное изучение:
– Замерить с помощью вольтметра ЭДС источников, включив напряжение стенда и источников. Записать показания вольтметра.
– Замерить и записать ток каждого участка цепи.
– Используя уравнение I закона Кирхгофа, проверить правильность соотношения между токами, полученными при измерении.
– Измерить напряжение источников питания, используя вольтметр стенда с соответствующим пределом измерения.
– Результаты измерений занести в таблицу.
– С помощью законов Кирхгофа рассчитать токи участков цепи, учитывая внутреннее сопротивление источников и заданные сопротивления цепи.
– Построить потенциальную диаграмму для заданного контура.
Самостоятельное изучение:
– Законы Кирхгофа и методика расчета сложных цепей с помощью законов Кирхгофа.
– Методика расчета и построения потенциальной диаграммы.
– Влияние внутреннего сопротивления источника ЭДС на режим работы цепи.
ДЕ 2
Лабораторная работа №3. Исследование неразветвленной цепи однофазного переменного тока.
Лабораторная работа – 6 часов.
Аудиторное изучение:
– Включить сетевое напряжение стенда и напряжение питания цепи. Вольтметром замерить напряжение U, подводимое к цепи, а также на отдельных элементах Ur, Uk, Uc и записать в таблицу.
– Измерить напряжение на активных и реактивных элементах, если убрать один резистор; один конденсатор; одну катушку индуктивности.
– Из схемы исключить батарею конденсаторов. Данные измерений занести в таблицу.
– Из схемы исключить индуктивные элементы. Данные измерений занести в таблицу.
– Пользуясь соответствующими формулами рассчитать:
а) активное сопротивление резистивных элементов цепи;
б) емкостное сопротивление батареи конденсаторов Xc и ее емкость С;
в) индуктивное сопротивление XL, индуктивность Lk.
– Данные расчетов занести в таблицу.
Самостоятельное изучение:
Параметры переменного синусоидального тока.
Закон Ома, законы Кирхгофа для расчета цепей переменного тока.
Активные и реактивные элементы в цепях переменного тока.
Лабораторная работа №4. Исследование разветвленной цепи однофазного переменного тока.
Лабораторная работа – 6 часов.
Аудиторное изучение:
– Отключить батарею конденсаторов и подсоединить активное сопротивление и катушку индуктивности к питающему напряжению. Провести измерение токов, протекающих через резистор и катушку, а также ток в общем проводе. Данные записать в таблицу.
– Повторить предыдущий опыт при включенных конденсаторах и отключенной катушке индуктивности. Результат измерений токов через резистор, емкость и ток в общем проводе занести в таблицу.
– Отключить активное сопротивление и подключить индуктивность и емкость к питающему напряжению. Провести измерения токов и записать их в таблицу.
– Рассчитать, пользуясь соответствующими формулами и данными замеров, параметры цепи для каждого опыта.
Самостоятельное изучение:
– Параметры переменного синусоидального тока.
– Закон Ома, законы Кирхгофа для расчета цепей переменного тока.
– Активные и реактивные элементы в цепях переменного тока.
ДЕ 3
Лабораторная работа №5. Исследование трехфазной электрической цепи при соединении приемников звездой.
Лабораторная работа – 6 часов.
Аудиторное изучение:
Включить напряжение питания стенда, напряжение цепи и выполнить измерения при следующих режимах работы потребителей:
а) равномерная нагрузка с нейтральным проводом,
б) равномерная нагрузка без нейтрального провода,
в) неравномерная нагрузка с нейтральным проводом,
г) неравномерная нагрузка без нейтрального провода.
Самостоятельное изучение:
Виды напряжений и токов в четырехпроводных электрических цепях трехфазного переменного тока.
Лабораторная работа №6. Исследование трехфазной электрической цепи при соединении приемников треугольником.
Лабораторная работа – 6 часов.
Аудиторное изучение:
Включить напряжение питания стенда и исследовать следующие режимы работы схемы:
а) при равномерной нагрузке фаз;
б) при неравномерной нагрузке фаз и обрыве линейного провода;
в) при равномерной нагрузке фаз, но при обрыве линейного провода.
Самостоятельное изучение:
Виды напряжений и токов в четырехпроводных электрических цепях трехфазного переменного тока при соединении приемников треугольником.
ДЕ 4
Лабораторная работа №7. Работа с осциллографом.
Лабораторная работа – 4 часа.
Аудиторное изучение:
1. Физические основы работы осциллографа. Входные характеристики. Режимы работы (постоянное, переменное напряжение, синхронизация). Динамические характеристики.
2. Измерение амплитуды, частоты и периода синусоидальных и прямоугольных колебаний, подаваемых с выхода генератора.
3. Измерение времени нарастания прямоугольных импульсов частотой 1000 Гц.
Самостоятельное изучение:
Устройство и работа осциллографа и его составных частей.
Подготовка осциллографа к работе.
Меры безопасности при работе с осциллографом.
Лабораторная работа №8. Электрические цепи постоянного тока.
Лабораторная работа – 6 часов.
Аудиторное изучение:
1. Собрать цепь согласно приведенной схеме.
2. Провести измерения тока при изменении напряжения от 0 до 20 вольт с интервалом в 1 вольт для резистора номиналом 10 кОм. Результаты измерений занести в таблицу.
3. Повторить опыт при тех же условиях для резистора номиналом 20 кОм. Результаты измерений занести в таблицу.
4. Провести измерения тока при изменении напряжения от 0 до 20 вольт с интервалом в 1 вольт для лампы накаливания 28В 5Вт. Результаты измерений занести в таблицу.
5. По результатам измерений построить:
а). ВАХ резистора номиналом 10 кОм, график зависимости сопротивления резистора от силы тока;
б). ВАХ резистора номиналом 20 кОм, график зависимости сопротивления резистора от силы тока;
в). ВАХ лампы накаливания 28В 5Вт, график зависимости сопротивления нити лампы накаливания от силы тока.
6. На основании построенных графиков сделать выводы о линейности либо нелинейности исследуемых элементов.
Самостоятельное изучение:
Линейные и нелинейные элементы электронной техники.
ДЕ 5
Лабораторная работа №9. Полупроводниковый диод. Статические характеристики.
Лабораторная работа – 6 часов.
Аудиторное изучение:
Вольтамперная характеристика диода.
1. Собрать установку согласно приведенной схеме.
2. Снять прямую ВАХ диода КД 202В в диапазоне прямых токов от 0 до 50 мА, изменяя входное напряжение с шагом 0,1В и измеряя напряжение на диоде и ток через него.
3. Снять обратную ВАХ диода КД 202В в диапазоне обратных напряжений от 0 до –20В, измеряя напряжение на диоде и ток через него.
4. Снять прямую ВАХ стабилитрона КС 133А в диапазоне прямых токов от 0 до 10 мА, изменяя входное напряжение с шагом 0,1В и измеряя напряжение на стабилитроне и ток через него.
5. Снять обратную ВАХ стабилитрона КС 133А в диапазоне обратных токов от 0 до 15 мА, измеряя напряжение на стабилитроне и ток через него.
6. Повторить пункты 4 и 5 для стабилитрона КС 456А.
7. Построить прямые и обратные ВАХ для диода КД 202В и стабилитронов КС 133А и КС 456А.
8. Для стабилитронов КС 133А и КС 456А выделить области тока стабилизации и напряжения стабилизации, сделать выводы.
Самостоятельное изучение:
Выпрямительные и специальные типы полупроводниковых диодов.
Лабораторная работа №10. Полупроводниковый диод. Динамические характеристики.
Лабораторная работа – 6 часов.
Аудиторное изучение:
1. Собрать фильтр нижних частот согласно приведенной схеме;
2. Подать на вход ФНЧ синусоидальные колебания, изменяя их частоту от 100 Гц до 100 кГц;
3. Снять АЧХ и ФЧХ фильтра, используя осциллограф;
4. Собрать фильтр верхних частот согласно приведенной схеме;
5. Подать на вход ФВЧ синусоидальные колебания, изменяя их частоту от 100 Гц до 100 кГц;
6. Снять АЧХ и ФЧХ фильтра, используя осциллограф, построить полученные АЧХ и ФЧХ в линейном и логарифмическом масштабах, сравнить их с теоретическими кривыми;
7. Собрать делитель напряжения с разделительным конденсатором согласно приведенной схеме;
8. Подключить эту схему к генератору и измерить выходной сигнал осциллографом со связью по постоянному току;
9. Добавить цепь, приведенную на схеме, (второй блокирующий конденсатор и резистор, «привязывающий» к земле), рассмотреть сигнал, снова «привязанный» к уровню земли.
Самостоятельное изучение:
Пассивные LC –фильтры. АЧХ и ФЧХ. Резонансный контур. Резонансная частота.
Лабораторная работа №11. Полупроводниковый диод. Выпрямители.
Лабораторная работа – 4 часа.
Аудиторное изучение:
Однополупериодные и двухполупериодные выпрямители.
1. Собрать однополупериодный выпрямитель согласно приведенной схеме, используя в качестве источника переменного напряжения генератор ГЗ-111 (напряжение сигнала 6В, 50 Гц).
2. Измерить с помощью осциллографа входное и выходное напряжение выпрямителя.
3. Измерить выходное напряжение выпрямителя с помощью вольтметра постоянного тока (например, с помощью тестера).
4. Зарисовать осциллограммы с учетом масштаба.
5. Собрать мостовую схему выпрямителя согласно приведенной схеме.
6. Повторить пункты 10, 11 и 12 для мостовой схемы выпрямителя.
7. Подсоединить параллельно выходу мостового выпрямителя конденсатор ёмкостью 15 мкФ (почему важно соблюдать полярность?).
8. Измерить с помощью осциллографа амплитуду пульсаций на нагрузке. Зарисовать форму выходного сигнала.
9. Подсоединить параллельно выходу мостового выпрямителя конденсатор ёмкостью 500 мкФ и повторить для него пункт 9.
10. На основании произведенных наблюдений сделать выводы о роли конденсаторов в сглаживающих фильтрах.
Самостоятельное изучение:
Однополупериодные и двухполупериодные выпрямители.
Сглаживающие фильтры.
Лабораторная работа №12. Биполярные транзисторы. Статические характеристики.
Лабораторная работа – 4 часа.
Аудиторное изучение:
1. Измерить с помощью авометра сопротивления переходов БК, БЭ и КЭ исправного транзистора.
2. Измерить с помощью авометра сопротивления переходов БК, БЭ и КЭ неисправного (пробитого) транзистора.
3. Найти с помощью тестера вывод базы транзисторов.
4. Собрать установку согласно приведенной схеме.
5. Измерить ток базы и коллектора транзистора типа КТ315, изменяя входное напряжение в диапазоне от 0 до +15 В. Результаты измерений занести в таблицу.
6. Рассчитать коэффициент усиления по току b транзистора КТ315 при десяти значениях тока базы и коллектора.
7. Построить график зависимости b от тока коллектора.
8. Повторить пункты задания 5, 6 и 7 для супербета-транзистора типа КТ3102.
9. Повторить пункты задания 5, 6 и 7 для составного транзистора по схеме Дарлингтона.
Самостоятельное изучение:
Биполярные транзисторы.
Статические характеристики.
ДЕ 6
Лабораторная работа №13. Биполярные транзисторы. Ключевые схемы. Повторители.
Лабораторная работа – 4 часа.
Аудиторное изучение:
1. Собрать транзисторный ключ согласно приведенной схеме.
2. Провести наблюдения за поведением ключа, замыкая и размыкая вывод базы на землю. Измерить напряжения насыщения UБЭнас и UКЭнас.
3. Ввести транзистор в насыщение с некоторым запасом путем изменения сопротивления базового резистора до 150 Ом.
4. Измерить изменившиеся напряжения насыщения UБЭнас и UКЭнас.
5. Измерить UБЭнас и UКЭнас для одиночного транзистора КТ315, составного транзистора из двух транзисторов КТ315 и супербета-транзистора КТ3102 в ключе согласно приведенной схеме. Результаты измерений занести в таблицу.
6. Собрать эмиттерный повторитель согласно приведенной схеме.
7. Подать на вход повторителя синусоидальное напряжение амплитудой около 2 B от генератора. Зарисовать в масштабе эпюры входного и выходного напряжений.
8. Переключить нижний по схеме вывод эмиттерного резистора от земли к источнику питания (–15 В).
9. Повторите пункт 7.
10. Заменить базовый резистор резистором с сопротивлением 10 кОм. Теперь этот резистор вместе с генератором будут имитировать источник сигнала с большим внутренним сопротивлением.
11. По падению напряжения на базовом резисторе, рассчитать входное сопротивление эмиттерного повторителя. (Использовать входной сигнал небольшой амплитуды: <1 В).
12. Рассчитать входное сопротивление повторителя, используя параметры схемы, и сравнить его со значением, найденным экспериментально. Сделать выводы.
13. Собрать эмиттерный повторитель с одиночным источником питания и с разделительным конденсатором в цепи базы согласно приведенной схеме.
14. Определить максимально допустимую амплитуду входного сигнала. Проверить симметричность ограничения выходного сигнала.
15. Собрать двухтактный эмиттерный повторитель согласно приведенной схеме.
16. Подать на вход синусоидальное напряжение частотой 1 кГц с амплитудой 0,5 В, 1 В, 2 В. Зарисовать выходные сигналы, оценить возникшие переходные искажения.
17. Подключить между базами и эмиттерами транзисторов резистор, сопротивлением 680 Ом. Повторить пункт 16.
Самостоятельное изучение:
Статические характеристики биполярных транзисторов, h-параметры.
Области применения биполярных транзисторов:
– ключевые схемы,
– эмиттерные повторители.
Лабораторная работа №14. Биполярные транзисторы. Однокаскадные усилители.
Лабораторная работа – 6 часов.
Аудиторное изучение:
1. Собрать усилительный каскад с общим эмиттером согласно приведенной схеме.
2. Измерить напряжение покоя коллектора (проверить рабочую точку усилителя).
3. Подать на вход усилителя прямоугольные импульсы частотой 10 кГц от генератора.
4. Амплитуду входного сигнала установить такой, чтобы двойная амплитуда выходных импульсов составила примерно 10 B.
5. Зарисовать в масштабе входной и выходной сигналы.
6. Измерить полученный коэффициент усиления.
7. Добавить в схему блокирующий конденсатор СЭ.
8. Уменьшая амплитуду входного сигнала, добиться двойной амплитуды выходного сигнала 10 B.
9. Зарисовать в масштабе входной и выходной сигналы.
10. Измерить полученный коэффициент усиления в точке покоя, максимально уменьшив амплитуду входного сигнала.
11. Рассчитать коэффициент усиления каскада в точке покоя, в точках максимального отклонения коллекторного напряжения от точки покоя.
12. Построить график зависимости коэффициента усиления от тока коллектора.
13. Собрать каскад с ОЭ по схеме с заземленным по постоянному току эмиттером и цепью смещения в виде делителя напряжения. Использовать в качестве R2 резистор сопротивлением 8,2 кОм.
14. С помощью подбора резистора R1 (можно использовать последовательное соединение постоянного и подстроечного резистора) установить напряжение коллектора, равное половине напряжения питания.
15. Подайте на вход усилителя (через разделительный конденсатор емкостью 10÷15 мкФ, соблюдая полярность) синусоидальное напряжение частоты 1 кГц. Амплитуду выберите такой, чтобы выходной сигнал не ограничивался.
16. Зарисовать выходной сигнал (вместе с постоянной составляющей).
17. Не изменяя параметров схемы, заменить транзистор типа КТ315 на транзистор типа КТ3102.
18. Зарисовать выходной сигнал.
19. Ввести в схему отрицательную обратную связь. Использовать резистор R3 сопротивлением 1 кОм.
20. С помощью подбора резистора R1 установить напряжение коллектора, равное половине напряжения питания.
21. Повторить для этой схемы п. п.15 и 16.
Самостоятельное изучение:
Однокаскадные усилители.
Усилитель мощности звуковой частоты.
Лабораторная работа №15. Биполярные транзисторы. Дифференциальный усилитель.
Лабораторная работа – 6 часов.
Аудиторное изучение:
1. Собрать дифференциальный усилитель согласно приведенной схеме.
2. При расчете элементов схемы использовать следующие рекомендации: 
; 
; 
.
3. Для достижения максимального значения динамического диапазона выходного напряжения добиться 
4. Рассчитать коэффициент усиления дифференциального сигнала, коэффициент усиления синфазного сигнала, входное и выходное сопротивление каскада.
5. Измерить коэффициент усиления дифференциального сигнала ДУ.
6. Отключить резисторы 
и 
от земли.
7. Соединить их освободившиеся выводы вместе и подключить к регулируемому источнику постоянного напряжения.
8. Включите последовательно в эмиттерные цепи транзисторов резисторы сопротивлением 100 Ом.
9. Повторите п. 5 для этой схемы.
10. Отключить резистор от земли.
11. Подключить его к регулируемому источнику постоянного напряжения.
12. Сбалансировать ДУ.
13. Измерить постоянное напряжение, которое пришлось подать на резистор для достижения баланса ДУ.
14. Измерить напряжение смещения ДУ.
Самостоятельное изучение:
Определение дифференциального усилителя.
Базовая схема дифференциального усилителя.
Схема замещения ДУ для синфазного и противофазного сигнала.
Лабораторная работа №16. Операционные усилители.
Лабораторная работа – 6 часов.
1. Собрать установку согласно приведенной схеме, используя ОУ 140УД6.
2. Установить движок потенциометра в положение, при котором выходное напряжение ОУ наиболее близко к нулю.
3. Измерить входной ток ОУ, измеряя падение напряжения на резисторе цифровым вольтметром.
4. Собрать инвертирующий усилитель согласно приведенной схеме, используя 
.
5. Подать на вход усилителя колебания прямоугольной формы, частотой 1 кГц.
6. Измерить 
при 
.
7. Измерить максимальный размах выходных колебаний.
8. Оценить (качественно) нелинейность усиления.
9. Подать на вход усилителя синусоидальное напряжение.
10. Измерить АЧХ усилителя при выходном напряжении 1В в диапазоне входного сигнала от 100 Гц до 100 кГц.
11. Измерить входное сопротивление усилителя.
12. При выходном напряжении 0,1В измерить выходное сопротивление усилителя.
13. Собрать неинвертирующий усилитель согласно схеме, используя .
14. Подать на вход усилителя колебания прямоугольной формы, частотой 1 кГц.
15. Измерить при .
16. Подать на вход усилителя синусоидальное напряжение частотой 1 кГц.
17. Измерить входное сопротивление усилителя, отключив резистор R0.
18. При выходном напряжении 0,1В измерить выходное сопротивление усилителя.
Самостоятельное изучение:
Основные характеристики операционных усилителей.
2. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОСВОЕНИЮ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ «ЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ И ЦИФРОВЫЕ СХЕМЫ»
При проведении практических занятий преподавателю рекомендуется:
- уделять внимание разбору теоретических вопросов, предлагаемых на лекциях;
- уделять внимание краткому повторению теоретического материала, который используется при подготовке отчетов;
- осуществлять регулярную проверку домашних заданий;
- ставить проблемные вопросы (например, насколько верно выбран способ решения поставленной задачи);
- по возможности использовать примеры и задачи с прикладным содержанием;
- использовать при проведении практических занятий активные формы обучения;
- развивать творческое мышление у студентов при решении сложных и комплексных задач.
Методические указания студентам:
Учиться преодолевать самый высокий уровень непонимания материала («непонятно, что непонятно»).
При разборе примеров в аудитории или при выполнении домашних заданий целесообразно каждый шаг обосновывать теми или иными теоретическими положениями.
При изучении теоретического материала не задерживать внимание на трудных и непонятных местах, смело их пропускать и двигаться дальше, а затем возвращаться к тому, что было пропущено (часто последующее проясняет предыдущее).
С первых студенческих дней конструировать собственный стиль понимания сути изучаемого материала. Специальные дисциплины в этой ситуации являются наиболее успешным полигоном.
Критерии оценки знаний студентов в целом по дисциплине:
«отлично» - выставляется студенту, показавшему всесторонние, систематизированные, глубокие знания учебной программы дисциплины и умение уверенно применять их на практике при решении конкретных задач, свободное и правильное обоснование принятых решений; ответ на экзамене характеризуется научной терминологией, четкостью, логичностью, умением самостоятельно мыслить и делать выводы.
«хорошо» - выставляется студенту, если он твердо знает материал, грамотно и по существу излагает его, умеет применять полученные знания на практике, но допускает в ответе или в решении задач некоторые неточности;
«удовлетворительно» - выставляется студенту, показавшему фрагментарный, разрозненный характер знаний, недостаточно правильные формулировки базовых понятий, нарушения логической последовательности в изложении программного материала, но при этом он владеет основными разделами учебной программы, необходимыми для дальнейшего обучения и может применять полученные знания по образцу в стандартной ситуации;
«неудовлетворительно» - выставляется студенту, который не знает большей части основного содержания учебной программы дисциплины, допускает грубые ошибки в формулировках основных понятий дисциплины и не умеет использовать полученные знания при решении типовых практических задач.
Промежуточный контроль позволяет оценить знания студента по балльно-рейтинговой системе (максимальный рейтинг 100 баллов). Оценке «отлично» соответствует рейтинг более 90 баллов, оценке «хорошо» соответствует рейтинг в диапазоне от 76 до 90 баллов, оценке «удовлетворительно» соответствует рейтинг в диапазоне от 61 до 75 баллов, оценке «неудовлетворительно» соответствует рейтинг не более 60 баллов. Для получения зачета необходим минимум баллов – 61.
Дополнительно баллы можно получить за творческие успехи и индивидуальный подход при выполнении лабораторных работ. Баллы могут быть сняты за пропуски занятий без уважительной причины.
В учебно-методическом комплексе приведены образцы контролирующих материалов для оценки знаний студентов, которые содержат вопросы теоретического и практического характера. Вопросы теоретического характера могут быть либо в форме тестов, либо в форме письменных заданий. Вопросы практического характера обязательно демонстрируются студентом на компьютере.
Используемые методы преподавания: лекционные занятия с использованием проектора, выход в Интернет для поиска информации, подготовка доклада и написание тезисов доклада, подготовка презентаций для выступления с докладом, индивидуальные и групповые задания при проведении практических работ.
В процессе проведения занятий используются активные методы обучения, которые подразумевают периодическое проведение консультаций, активное участие студентов в учебном процессе в ходе выполнения практических работ, иллюстрация изучаемого теоретического материала практическими задачами и примерами, которые выдаются каждому студенту на занятии в качестве раздаточного материла.
ОРГАНИЗАЦИЯ И УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ
Самостоятельная работа имеет своей целью углубление знаний студентов по изучаемой дисциплине
Текущая самостоятельная работа предусматривает следующие виды:
– работа с лекционным материалом;
– подготовка к лабораторным работам, оформление отчетов по выполненным лабораторным работам, подготовка к защите;
– подготовка к различным формам промежуточной аттестации (к тестированию, контрольной работе);
– изучение рекомендованной литературы (основной и дополнительной), работа с библиотечным каталогом, самостоятельный подбор необходимой литературы;
– поиск необходимой информации через Интернет;
– изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку;
– изучение аналогов программных продуктов;
– работа со встроенными справочными системами программных продуктов;
– работа с техническими справочниками (англо-русский);
– выполнение тестовых заданий, выполнение контрольных работ;
– подготовка к экзамену.
Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа включает следующие виды:
– поиск, анализ, структурирование информации по темам, выносимым на самостоятельное изучение;
– составление и разработка словаря (глоссария);
– подготовка доклада и написание тезисов доклада, подготовка к его защите, подготовка презентации.
3. МАТЕРИАЛЫ К ПРОМЕЖУТОЧНОМУ И ИТОГОВОМУ КОНТРОЛЮ
2.1. Вопросы к зачету. Модуль I.
1. Перечислить наиболее распространенные системы электроизмерительных приборов. Пояснить их устройство, принцип действия, достоинства, недостатки, область применения.
2. Что будет с прибором магнитоэлектрической системы, если включить его в цепь переменного тока?
3. Почему приборы электромагнитной и электродинамической систем могут работать как на постоянном, так и на переменном токе.
4. Что такое класс точности электроизмерительных приборов?
5. Какова возможная наибольшая ошибка измерения вольтметра на 150В, если его класс точности составляет 1,5?
6. Какие приборы и почему требуют защиты от внешних магнитных полей?
7. Как различаются приборы по условиям эксплуатации?
8. Прочитать шкалу предложенного электроизмерительного прибора.
9. Почему амперметры должны иметь малое внутреннее сопротивление, а вольтметры – большое.
10. Начертить электрическую цепь, состоящую из источника питания и приемника (нагрузки). Показать включение амперметра, вольтметра, ваттметра.
11. В чем особенность схем включения приборов электродинамической системы?
12. Из каких участков состоит электрическая цепь, какие элементы в них входят?
13. Что называется электрическим током?
14. Что называется электропроводностью вещества?
15. На какие основные группы, исходя из их электропроводности, делятся вещества?
16. Что называется электродвижущей силой?
17. Что называется электрическим напряжением?
18. Закон Ома для полной электрической цепи.
19. Закон Ома для участка цепи.
20. 1-й закон Кирхгофа.
21. 2-й закон Кирхгофа.
22. Что называется режимом холостого хода в электрической цепи и чем он определяется?
23. Что называется режимом короткого замыкания в электрической цепи и чем он определяется?
24. Последовательное соединение приемников электрической энергии.
25. Параллельное соединение приемников электрической энергии.
26. Методика расчета и построения потенциальной диаграммы.
27. Влияние внутреннего сопротивления источника ЭДС на режим работы цепи.
28. Что называется электрической мощностью и по каким формулам она рассчитывается?
29. Дать определение переменного тока. Назвать параметры переменного синусоидального тока.
30. Закон Ома, закон Кирхгофа для расчета цепей переменного тока.
31. Чем характеризуются активные и реактивные элементы в цепях переменного тока?
32. Формулы активных и реактивных сопротивлений и мощностей.
33. Что называется векторной диаграммой электрической цепи?
34. Объяснить расчет параметров, исследуемых в работе электрических цепей.
35. Построить векторную диаграмму для предложенной произвольной схемы электрической цепи.
36. Записать выражение для определения полного сопротивления исследуемых в работе схем, а также для предложенной произвольной схемы неразветвленной электрической цепи.
37. В каких цепях переменного тока имеет место сдвиг фаз между током и напряжением, и в каких цепях он отсутствует?
38. В каких электрических цепях и при каком условии напряжение на реактивном элементе может значительно превысить напряжение на входе цепи? Как называется данное явление?
39. В каких цепях переменного тока применяется понятие проводимости? Какие различают проводимости и их расчетные формулы?
40. От каких факторов зависит коэффициент мощности всей цепи и при каких условиях он может быть равен единице?
41. Какое технико-экономическое значение имеет повышение коэффициента мощности электрической цепи?
42. Что такое резонанс токов, в каких цепях и при каких условиях он возникает?
43. Какие два вида напряжений и токов различают в трехпроводных электрических цепях?
44. Каковы соотношения между линейными фазными напряжениями и токами при соединении приемников звездой?
45. Как в четырехпроводной линии опытным путем определить линейные и нейтральные провода (при наличии вольтметра)?
46. Какая нагрузка называется симметричная, а какая несимметричная?
47. Какое назначение имеет нейтральный провод? Почему в нейтральный провод не ставят плавкий предохранитель?
48. Чему равен ток в нейтральном проводе при симметричной и несимметричной нагрузке?
49. Как изменится режим в трехфазной трехпроводной цепи (соединение приемников звездой) при обрыве одной из фаз?
50. Как изменится режим в трехпроводной трехфазной цепи (соединение приемников звездой) при коротком замыкании одной из фаз?
51. Начертить электрическую схему соединения потребителей треугольником,
52. Какая нагрузка в трехфазной цепи называется симметричной и какая несимметричной?
53. Какие два вида напряжений и токов различают в трехфазных цепях?
54. Каковы соотношения между линейными и фазными напряжениями и токами при соединении приемников треугольником?
55. Докажите, что в трехфазной цепи при соединении потребителей треугольником сумма линейных токов всегда равна нулю.
56. Как изменится режим в трехфазной цепи при обрыве одной из фаз?
57. Объясните, почему в трехфазной цепи при соединении приемников треугольником режим короткого замыкания одной из фаз - аварийный режим?
2.2. Вопросы к зачету. Модуль II.
1. Устройство и работа осциллографа и его составных частей.
2. Подготовка осциллографа к работе.
3. Меры безопасности при работе с осциллографом.
4. Для чего у осциллографа служит переключатель «переменный ток – постоянный ток»?
5. В каких случаях необходимо использовать автоматическую синхронизацию, в каких – ждущий режим?
6. Для чего нужен вход «внешняя синхронизация»?
7. Как правильно выбрать наилучший масштаб изображения на экране?
8. Какова погрешность измерения амплитуды и длительности используемого осциллографа?
9. Чем отличается двухлучевой осциллограф от двухканального?
10. Сформулировать, как меняют параметры цепи измеряющий вольтметр или амперметр?
11. Каким должно быть внутреннее сопротивление идеального амперметра и идеального вольтметра?
12. Что такое номинал элемента?
13. Бывают ли резисторы с номиналом 10020 Ом?
14. Какую точность должны иметь цифровой вольтметр и амперметр в данной схеме?
15. Каково сопротивление нити лампы накаливания? Имеет ли этот вопрос какой-нибудь смысл, и если да, то в каком контексте?
16. Предложите полезное применение ВАХ лампы накаливания.
17. Есть ли разница в том, в каком порядке проводились измерения: напряжение повышалось от нуля до 20В или понижалось от 20В до нуля?
18. Для каких целей можно использовать делители напряжения?
19. Что дает применение теоремы об эквивалентном генераторе?
20. Какой вклад в погрешность выходного напряжения вносят погрешности каждого из резисторов делителя напряжения?
21. Можно ли рассчитать делитель напряжения, у которого нижний (по схеме) вывод резистора подключен не к земле, а к источнику постоянного напряжения? Постарайтесь обосновать свои выводы.
22. Что произойдет, если к выпрямительному диоду приложить прямое напряжение 5 B?
23. Чем отличаются ВАХ выпрямительного диода и стабилитрона?
24. Какой тип перехода (плавный или резкий) у исследованного диода?
25. Что произойдет с ВАХ диода, если его нагреть, поднеся на пару миллиметров нагретый паяльник?
26. Чему равно напряжение стабилизации исследуемых вами стабилитронов?
27. Каково сопротивление диода при прямом токе 5 мА?
28. Почему может понадобиться переключение вольтметра в другую точку схемы при исследовании обратной ветви ВАХ?
29. Как с помощью тестера (омметра) определить такие типичные неисправности полупроводникового диода, как обрыв и короткое замыкание?
30. Можно ли с помощью тестера (омметра) узнать какой из выводов полупроводникового диода является катодом (определить цоколевку)?
31. Для чего в коллекторной цепи стоит резистор сопротивлением 1 кОм?
32. Можно ли включать транзистор без базового резистора?
33. Зависит ли b от тока коллектора и почему?
34. Что нужно изменить в схеме для того, чтобы измерить b транзистора типа КТ361?
35. Есть ли преимущества и в чем они выражаются, у какого либо из транзисторов: одиночный биполярный, составной, составной комплементарный или супербета-транзистора?
36. Каково минимальное значение b, при котором транзистор выходит из линейного режима при базовом резисторе 1 кОм? Каковы при этом значения тока базы и тока коллектора?
37. Имеет ли смысл еще увеличивать ток базы насыщенного ключа?
38. Есть ли преимущества, у какого либо транзистора: одиночный биполярный, составной, составной комплементарный или супербета-транзистор при работе в качестве ключа?
39. Каковы достоинства и недостатки основных схем эмиттерных повторителей?
40. Почему измеренные и рассчитанные входные и выходные сопротивления эмиттерных повторителей отличаются?
41. Каково основное назначение эмиттерного повторителя?
42. Для чего применяется разделительный конденсатор в выходной цепи эмиттерного повторителя?
43. Какой должна быть полярность включения электролитического конденсатора в выходной цепи эмиттерного повторителя?
44. Какая обратная связь имеется в каскаде с ОК?
45. Для чего применяется конденсатор во входной цепи эмиттерного повторителя?
46. Как можно рассчитать рассеиваемую каждым из транзисторов мощность?
47. Как ведут себя напряжение база-эмиттер и ток коллектора при нагревании транзистора?
48. При каком токе базы и почему перестает изменяться ток коллектора?
49. Какая мощность рассеивается транзистором при токе коллектора 10 мА?
50. Какова максимальная мощность, которую рассеет транзистор в данной схеме, и при каком токе коллектора это произойдет?
51. Нужно ли учитывать влияние измерительных приборов на работу схемы усилителя?
52. Можно ли по полученной осциллограмме оценить температуру кристалла транзистора?
53. Зачем нужен разделительный конденсатор? Какова должна быть его полярность в рассмотренных схемах?
54. Влияет ли на полное входное сопротивление усилительного каскада емкость входного конденсатора?
55. Что дает включение эмиттерных резисторов в дифференциальном усилителе?
56. Для чего служат резисторы R1 и R2 в базовых цепях дифференциального усилителя?
57. Чему равно напряжение на базах сбалансированного ДУ?
58. Чему равно напряжение эмиттеров ДУ?
59. По каким параметрам нужно подбирать транзисторы в ДУ?
60. Почему в схеме инвертирующего операционного усилителя отсутствуют разделительные конденсаторы?
61. Что означает знак «–» при коэффициенте усиления?
62. Зависит ли АЧХ усилителя от амплитуды выходного сигнала?
63. При каких условиях нагрузку усилителя можно установить менее 2 кОм?
64. Каково напряжение на инвертирующем входе ОУ при выходном прямоугольном сигнале ±5 В?
65. Можно ли измерить это напряжение на инвертирующем входе ОУ?
66. Почему в схеме неинвертирующего операционного усилителя отсутствуют разделительные конденсаторы?
67. Каково напряжение на инвертирующем входе неинвертирующего ОУ при выходном прямоугольном сигнале ±5 В?
68. Можно ли измерить это напряжение на инвертирующем входе неинвертирующего ОУ?
69. Для чего необходим резистор R0?
70. Каково входное сопротивление усилителя?
71. Для чего может понадобиться повторитель напряжения на ОУ?
72. Отличается ли коэффициент передачи повторителя от расчетного?
73. Можно ли на основе повторителя собрать источник э. д.с.?
4. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Рубцовский институт (филиал) АлтГУ располагает материально-технической базой, соответствующей санитарно-техническим нормам и обеспечивающей проведение всех видов лабораторной, практической подготовки и научно-исследовательской работы студентов, предусмотренных ГОС.
Аудиторный фонд института, оснащенный СВТ, включает 7 компьютерных классов (4 класса по 15 ПК в каждом, 1 – по 17 ПК, 2 – по 18 ПК), и 4 мобильных класса на ноутбуках. 2 класса по 15 ПК используются в режиме свободного доступа студентов. Все компьютеры объединены в единую локальную вычислительную сеть и имеют доступ в Интернет.
Лабораторные работы выполняются в комплексной лаборатории электротехники и вычислительной техники.
Мобильные классы на ноутбуках используются в учебно-образовательной деятельности, как для учебных занятий, так и для организации доступа к ресурсам корпоративной сети и Internet на всей территории РИ АлтГУ.
В учебном процессе используется лицензионное программное обеспечение. На различных ПК установлено системное программное обеспечение Windows XP Professional Service Pack 3, Windows 7 Enterprise Service Pack 1, Windows 7 Professional Service Pack 1, Windows 8 Enterprise, Windows 8 Pro.
Выполнение лабораторных работ по электротехнике и электронике опирается на использование лабораторных стендов, разработанных и изготовленных по заказу РИ (филиала) АлтГУ Радиус».
5. СПИСОК ОСНОВНОЙ И ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ, ДРУГИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ
Основная литература
1. Прянишников, : курс лекций / . – Спб.: КОРОНА принт, 2004.
2. Рекус, задач и упражнений по электротехнике и основам электроники / , . - М.: Высшая школа, 2004.
3. Электротехника и электроника. - Ростов-н/Д: Феникс, 2004.
Дополнительная литература
1. Бессонов, основы электротехники / . - М.: Высшая школа.
2. Борисов, электротехника/ . - М.: Высшая школа, 1974.
3. Жеребцов, электроники / . - М.: Энергоатомиздат, 1990.
4. Касаткин, / . - М.: Энергия, 1973.
5. Методические указания по выполнению лабораторных работ. – Рубцовск: Изд-во АлтГу.
6. Хоровиц, П. Искусство схемотехники / П. Хоровиц, У. Хилл. - М. :Радио и связь, 1985.
7. Электротехника / под ред. . - М.: Высшая школа, 1976.
Базы данных, Интернет-ресурсы,
информационно-справочные и поисковые системы:
Лекции по электротехнике и электронике [Электронный ресурс]. – Режим доступа: (http:// www. *****). Курс лекций «Электротехника» [Электронный ресурс]. – Режим доступа:(http://www. www. *****). Лекции по электротехнике [Электронный ресурс]. – Режим доступа(http://www.*****).
Краткий курс лекций по электротехнике и электронике [Электронный ресурс]. – Режим доступа (http://www. /tgpu/resources/Elektrotehnika/index. htm)