Экспериментальные исследования

СОДЕРЖАНИЕ

Цель и задачи лабораторного практикума ____ 2

Требования к оформлению отчётов _____ 2

Описание моделирующей программы и правила

выполнения лабораторных работ на компьютере _____ 3

Работа №0.Измерение электрических величин _____ 5

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ЛАБОРАТОРНОГО ПРАКТИКУМА

Настоящие методические указания предназначены для студентов, обучающихся на всех факультетах Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета.

Методические указания к лабораторным работам по курсу «Теоретическая электротехника» являются третьей частью лабораторного практикума и включают работы по основным разделам курса. Лабораторные работы выполнены в виртуальном виде с применением компьютерных технологий и программ и позволяют привить студентам навыки по составлению элементарных электрических цепей и моделированию их работы, по самостоятельным практическим исследованиям процессов, протекающих в этих цепях, и проверке теоретических методов расчета цепей. В процессе выполнения работ студенты знакомятся с основными методами измерений электрических величин и измерительными приборами.

ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЕТАМ

Отчет по лабораторной работе должен быть оформлен на листах формата А4. Титульный лист, принятый в университете, должен содержать: название факультета и кафедры, название и номер лабораторной работы, номер группы, Ф.И.О. студента и преподавателя.

В отчет должен быть включен протокол исследований, подписанный преподавателем с указанием даты и фамилии студента.

Отчет должен содержать цель работы и для каждого пункта экспериментальных исследований должны быть приведены: изображение принципиальной схемы цепи выполненное поГОСТу, таблицы полученных результатов, расчетные формулы с подстановкой данных, а также должны быть построены необходимые графики и диаграммы, приведены снятые тем или иным способом осциллограммы, даны оценки полученных результатов.

В конце отчета требуется сделать заключение по самостоятельным исследованиям и ответить на приведенные вопросы.

ОПИСАНИЕ МОДЕЛИРУЮЩЕЙ ПРОГРАММЫ И ПРАВИЛА ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ НА КОМПЬЮТЕРЕ

Для постановки лабораторных работ по измерительной и электронной технике использована моделирующая программа Multisim .

Программа содержит большое количество разнообразных электрических и электронных элементов, параметры которых заданы в соответствии с установленным ГОСТом (реальные) или могут быть заданы любой величины (виртуальные). Элементы, изображенные в виде принятых графических символов, могут быть соединены в цепи в соответствии с принципиальной схемой устройства, как, например, на (рис. 0.0)

Рис.0.0. Окно программы Multisim .

Составленная на экране монитора цепь приводится в действие выключателем , изображение которого присутствует на экране, и функционирует в соответствии с законами электротехники.

Для наблюдения, измерения и управления процессами, протекающими в цепи, имеется достаточное количество измерительных приборов, подключаемых к цепи тем или иным способом. Изображение лицевых плат измерительных приборов и органов управления ими соответствует виду приборов, применяемых в практике измерительной техники.

В левой части окна находятся виртуальные (зелёная шкала символов) и смешанные элементы цепей, в правой – символы измерительных приборов.

Для активизации программы необходимо запустить систему Windows (XP, 2000). Затем двойным щелчком левой кнопки мыши ([2ЛК]) открыть ярлык «Лабораторные работы» и выбрать требуемую работу.

В зависимости от требований и этапа прохождения лабораторного практикума исследуемая в лабораторной работе цепь может быть заранее составлена. В этом случае необходимо выполнить только те действия, которые заданы в методических указаниях. В таких лабораторных работах запрещается вносить какие-либо изменения в структуру цепи, а так же активировать другие команды главного меню программы.

Лицевые панели измерительных приборов открываются щелчком [2ЛК] по их символическим изображениям и могут быть передвинуты в удобное для наблюдения место на экране монитора. Управление приборами осуществляется на их лицевой панели левой кнопкой мыши [ЛК].

Параметры измерений измерительных приборов устанавливаются на панели[ЛК]. Некоторые численные значения могут быть набраны на клавиатуре компьютера. Изменение параметров элементов цепи, если это требуется по условиям лабораторной работы, осуществляется щелчком [2ЛК] по их изображению. В появившемся окне величины параметров задаются приведенным выше способом и подтверждаются нажатием кнопки «ОК».

Перемещение элементов или символических изображений измерительных приборов осуществляются [ЛК] с удержанием и передвижением курсора в другое место. Для удаления проводника, элемента или измерительного прибора необходимо щёлкнуть правой кнопкой мыши [ПК] по их изображению и в появившемся контекстном меню выбрать команду «DELETE» или [CUT] или нажать клавишу «DELETE» на клавиатуре.

Соединение элементов цепи между собой и подключение приборов к цепи осуществляются проводниками щелчком [ЛК] по их контактному выводу (PIN). После появления под курсором контактной точки необходимо переместить появившийся проводник к месту его подключения. Кнопка может быть при этом отпущена и нажата в месте нового подключения. Отказ от производимого действия выполняется [ПК].

Все изменения параметров цепи или схемы измерений производятся при выключенной кнопке «RUN/STOP SIMULATION» .

Схемы цепей лабораторных работ содержат коммутаторы различного вида. Приведение в действие коммутаторов осуществляется нажатием на клавиатуре клавиши, которая указана рядом в форме key=1,2…AB…,…

Если по условиям лабораторной работы параметры элементов скрыты и их требуется определить самостоятельно, то на эти элементы устанавливается запрет.

После проведения экспериментов необходимо выключить цепь и закрыть окно программы кнопкой . В появившемся диалоговом окне «Сохранить изменения в файле …» нажать кнопку «НЕТ», что позволит вернуть лабораторную работу в первоначальное состояние. Запрещается нажимать кнопку «ДА», т.к. измененную лабораторную работу нельзя будет использовать.

РАБОТА №0. ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

Цель работы: практическое ознакомление с основными измерительными приборами, применяемыми в программных средствах, и способами определения характеристик электронных элементов цепей.

0.1 Подготовка к работе

В задачу данной лабораторной работы не входит вопрос о проверке точности измерительных приборов и влиянии их погрешности на достоверность измерений, т.к. она заложена в принцип программ, реализующих измерительные виртуальные приборы и является достаточно высокой.

Все измерительные приборы в программе Multisim v.7 являются цифровыми, и основная задача лабораторной работы заключается в ознакомлении с правилами подключения и управления приборов.

Поскольку измерения требуют непосредственного подключения приборов к измеряемой цепи, то характеристики этих приборов не должны изменять ее свойства.

Т.к. основными измеряемыми электрическими величинами являются ток и напряжение, то в непосредственном методе измерения их величин применяется прямое включение измерительных приборов – амперметров и вольтметров.

Для измерения величины тока амперметр включается последовательно в ветвь и поэтому должен иметь внутреннее сопротивление близкое к нулю.

Вольтметр включается параллельно элементу, на зажимах которого измеряется напряжение и должен иметь внутреннее сопротивление хотя бы на порядок больше сопротивления измеряемой ветви.

Стрелочные и электронные измерительные приборы, имеющие в качестве индикатора стрелочный механизм, обладают высокой чувствительностью и большим входным сопротивлением. Однако они требуют предварительной корректировки нулевого значения шкалы в связи с нестабильностью усилительных элементов.

С развитием цифровой техники широкое применение находят цифровые измерительные приборы, в которых отсутствует подвижный измерительный механизм. В моделирующей программе Multisim v.7 для измерения токов, напряжений, мощностей и частот применяются цифровые приборы. В качестве источников переменного тока используют генераторы.

0.1.1 Генератор напряжения (Function Generator-XFG(1, 2)…) позволяет получить форму выходного напряжения трех видов (рис. 0.4.).

Рис. 0.4. Лицевая панель генератора напряжения.

Частота и амплитуда выходного напряжения задается соответствующими кнопками на лицевой панели. Кнопкой «OFFSET» выходное напряжение может быть смещено на положительную или отрицательную постоянную составляющую. Для напряжения прямоугольной формы кнопкой «DUTY CYCLE» может быть изменена скважность импульсов, а для треугольной формы напряжения – наклон нарастания и спада. Длительность фронта и спада импульсов прямоугольной формы изменяется кнопкой «SET RISE/FALL TIME».

0.1.2 Тестер (Multimeter-XMM(1, x …)) – универсальный прибор, применяемый для измерения тока, напряжения, сопротивления и ослабления сигнала переменной и постоянной величины (рис. 0.5.).Кнопка « SET» устанавливает входные параметры прибора.

Рис. 0.5. Лицевая панель тестера.

0.1.3 Ваттметр (Wattmeter-XWM(1, 2 …)) измеряет активную мощность. Имеет входные зажимы для измерения тока, включаемые последовательно в цепь, и зажимы для измерения напряжения, включаемые параллельно. Произведение измеряемых величин регистрируется в цифровом виде с учетом коэффициента мощности – сos φ («POWER FACTOR») (рис. 0.6.).

Рис. 0.6. Лицевая панель ваттметра.

0.1.4 Частотомер (FreqCounter-XFC(1, 2 …)) позволяет измерить частоту напряжения различной формы, период повторения, длительность положительного и отрицательного наклона фронтов («RISE/FALL») и длительность импульса и паузы (PULSE). Чувствительность («SENSITIVITY») и уровень запуска («TRIGGER LEVEL») регулируются соответствующими кнопками (рис. 0.7.).

Рис. 0.7. Лицевая панель частотомера.

0.1.5 Осциллограф (Oscilloscope-XSC(1, 2 …)).

Двухлучевой осциллограф позволяет одновременно наблюдать развернутые во времени сигналы на двух участках цепи (рис. 0.5.).

Развертка запускается кнопкой «Y/T». Сигналы, смещенные на постоянные величины, регистрируются кнопками «DC», без смещения – кнопками «AC». Кнопками «О» входные сигналы отключаются, и зажимы закорачиваются. Для удобства наблюдений изображения могут быть смещены относительно нулевого уровня по вертикали («Y POSITION») или по горизонтали («X POSITION»). Количество периодов изображения на экране устанавливается изменением длительности развертки («SCALE mS/DIV»). Величина амплитуды изображения задается по каждому каналу («CHANNEL A» и «CHANNEL B») шкалой измеряемых напряжений («SCALE V/DIV»). Запуск развертки изображения осуществляется или каналом А или каналом В, или Ext (внизу справа). Развертка может запускаться («TRIGGER») передним фронтом входных сигналов или спадом («EDGE»), а уровень запуска устанавливается кнопкой «LEVEL».

Рис. 0.8. Лицевая панель осциллографа.

Кнопками «AUTO», «NOR.», «SING.» устанавливаются соответственно периодический режим в автоматическом запуске, в ждущем режиме с повторением запуска или в режиме неподвижного изображения. Для наблюдения ВАХ элементов применяются кнопки «B/A» и «A/B», устанавливающие напряжения входов по горизонтали и по вертикали в соответствующем положении каналов. Кнопкой «ADD» суммируются изображения двух каналов.

Для измерения мгновенных величин изображений, а так же длительности сигналов используются измерительные курсоры, передвигаемые кнопками «Т1» и «Т2» по горизонтали. Разность (Т2-Т1) дает соответственно разность времени между курсорами или разность напряжений между ними.

Кнопкой «REVERSE» изменяется фон экрана. Для сохранения картинки мгновенного изображения используется кнопка «SAVE».

0.1.6 Анализатор характеристик полупроводниковых элементов (IV Analyser-XIV(1, 2 …)) служит для снятия ВАХ диодов и транзисторов различных модификаций, задаваемых выпадающим меню прибора (рис. 0.9.). Прибор позволяет получить ВАХ на экране в линейном или логарифмическом масштабе. Предельные отрицательные («I») и положительные («F») границы шкалы по току (по вертикали) и напряжению (по горизонтали) выбираются автоматически и отражаются в численном виде с указанием единиц измерения. Величины измеряемых единиц могут быть изменены (mkА, мА, А … mkV, mV, V…) курсором мыши. Шаг дискретности построения («INCREMENT») характеристик задается нажатием кнопки «SIM_PARAM», этой же кнопкой задаются желаемые начальные «START» и конечные « STOP» пределы напряжения и тока управления.

Рис. 0.9. Лицевая панель ан ализатора характеристик элементов.

Измерительный курсор экрана показывает значения напряжения и тока в точке пересечения его вертикальной линии и характеристики, выделенной красным цветом, относительно нулевых значений ВАХ.

Для ВАХ транзисторов задается не более 10 характеристик на экране с выбранным шагом тока управления.

Полученные ВАХ при дальнейшей обработке позволяют получить все необходимые параметры элементов, такие как напряжения и токи насыщения и отсечки, коэффициент усиления по току, выходное сопротивление и пр.

0.1.7 Анализатор частотных характеристик (Bode Plotter-XBP(1, 2 …)) предназначен для снятия амплитудно-частотных (АЧХ) и фазо-частотных (ФЧХ) характеристик цепи (рис. 0.10.).

Входные и выходные клеммы прибора подключаются соответственно на вход и выход цепи или ее участка.

По горизонтали шкалы прибора задается нижняя («I») и верхняя («F») предельные границы диапазона частот, а по вертикали соответственно минимальное («I») и максимальное («F») значение отношения выходной и входной величины для АЧХ («Magnitude») и значения фазы для ФЧХ («Phase»). Характеристики могут быть построены в линейном или логарифмическом масштабе.

Рис. 0.10. Лицевая панель анализатора частотных характеристик.

Кнопка «Set» задает количество точек на графике при его построении на экране прибора. Измерительный курсор прибора показывает значения частоты и отношение величин или ослабление в децибелах в любой точке АЧХ и фазы в градусах.

Экспериментальные исследования

Цепи, по которым проводятся исследования, даны в приложении 1 в папке «Лабораторные работы», ярлык которой находится на рабочем столе.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: