POLTECHNKA WARSZAWSKA NSTYTUT RADOELEKTRONK ZAKŁAD RADOKOMUNKACJ WECZOROWE STUDA ZAWODOWE LABORATORUM OBWODÓW SYGNAŁÓW Ćwiczenie 1 Temat: OBWODY PRĄDU STAŁEGO Opracował: mgr inż. Henryk Chaciński Warszawa 2008
1. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest poznanie właściwości rezystora liniowego i nieliniowego. Poznanie właściwości dzielnika napięciowego i prądowego. 2. Wymagane wiadomości Znajomości właściwości oporu, przebiegu charakterystyki elementu liniowego i nieliniowego. Znajomość właściwości dzielnika napięciowego i prądowego. 3. Podstawy teoretyczne 3.1. Elementy idealne Rezystorem idealnym nazywamy element, w którym występuje tylko przekształcanie energii elektrycznej w cieplną, natomiast nie ma ani pola elektrycznego, ani magnetycznego. Parametrem charakteryzującym rezystor idealny jest rezystancja R, której jednostką jest ohm (Ω), lub konduktancja G, której jednostką jest siemens (S). Rezystancja i konduktancja są połączone zależnością: R = 1 G Na rys. 3.1 przedstawiono symbol graficzny rezystora idealnego. Rys. 3.1. Symbol graficzny rezystora idealnego Dla chwilowych wartości napięcia i prądu rezystora idealnego zachodzą następujące zależności: u = R i i = G u Rezystor nieliniowy. Rezystor R, jako element dwójnikowy można opisać równaniem u = R i Jest to równania liniowe. Przedstawione w postaci graficznej jest linią prostą. Są również elementy mające cechy rezystancji, do opisu których nie wystarcza równanie podane wyżej. Wówczas należy posłużyć się zależnością bardziej złożoną, której zobrazowanie graficzne funkcji u = f(i) jest nieliniowe. Mamy wówczas do czynienia z elementami nieliniowymi, np. dla rezystora nieliniowego wartość rezystancji R zależy od prądu płynącego przez ten rezystor. 2
4. Projektowane pomiary i badania 4.1. Badanie oporu liniowego Schemat ideowy układ pomiarowego do badania rezystora liniowego przedstawiono na rys. 4.1. Rys. 4.1. Schemat układu pomiarowego do badania oporu liniowego Układ pomiarowy przedstawiony na rys. 4.1 składa się z : - regulowanego źródła napięcia stałego ; - woltomierza napięcia stałego V; - miliamperomierza prądu stałego (jako woltomierz i miliamperomierz zastosowano multimetr programowalny, który pozwala na pomiar dwóch wielkości jednocześnie ; - badanego rezystora R1 znajdującego się na płytce laboratoryjnej CW1. Schemat połączeń układu pomiarowego przedstawiono na rys. 4.2. Zasilacz + - G9 M1 M3 CW1 R1 G3 M4 u V/Ω Rys. 4.2. Schemat połączeń układu pomiarowego W układzie pomiarowym przedstawionym na rys. 4.2 zastosowano następujące przyrządy: - regulowany zasilacz napięcia stałego typu KB-6118; - programowalny multimetr model 1705; - badany układ typu CW1. Połączyć układ pomiarowy zgodnie ze schematem połączeń zamieszczonym na rys. 4.2. Połączenie układu pomiarowego wykonać przy wyłączonym napięciu zasilania zasilacza laboratoryjnego. Po sprawdzeniu poprawności połączeń układu pomiarowego włączyć napięcie zasilania multimetru przyciskiem Operate patrz dodatek rys. 3D (rysunek płyty czołowej multimetru jest zamieszczony w dodatku). Przyciskiem Vdc włączyć pomiar napięcia stałego. Wybrać przyciskiem Select 2nd programowanie drugiej funkcji pomiarowej a następnie przyciskiem dc włączyć pomiar prądu stałego. Włączyć napięcie zasilania zasilacza laboratoryjnego i wykonać następujące pomiary: - zmierzyć i wykreślić f(); - wyznaczyć i wykreślić wartość rezystancji R1=f(); - obliczyć moc wydzielaną w badanym rezystorze i wykreślić zależność P=f(). Pomiary wykonać dla napięć od 15V do +15V. Wyniki pomiarów zamieścić w tabeli. Uwaga! Przed przystąpieniem do pomiarów przyrządy pomiarowe powinny mieć już włączone napięcie zasilania przez okres przewidziany w instrukcji, np. kilkanaście minut w celu ustalenia się termicznych warunków 3 pracy.
4.2. Badanie oporu nieliniowego Schemat ideowy układ pomiarowego do badania oporu nieliniowego przedstawiono na rys. 4.3. i V u R3 Rys. 4.3. Schemat układu pomiarowego do badania oporu nieliniowego Układ pomiarowy przedstawiony na rys. 4.3 składa się z : - regulowanego źródła napięcia stałego ; - woltomierza napięcia stałego V; - miliamperomierza prądu stałego (jako woltomierz i miliamperomierz zastosowano multimetr programowalny, który pozwala na pomiar dwóch wielkości jednocześnie ); - badanego rezystora R3 znajdującego się na płytce laboratoryjnej CW1. Schemat połączeń układu pomiarowego przedstawiono na rys. 4.4. Zasilacz + - M1 CW1 R3 G6 M4 u V/Ω Rys. 4.4. Schemat połączeń układu pomiarowego W układzie pomiarowym przedstawionym na rys. 4.4 zastosowano następujące przyrządy: - regulowany zasilacz napięcia stałego typu KB-6118; - programowalny multimetr model 1705 pozwala na pomiar dwóch wielkości jednocześnie napięcia i prądu stałego(woltomierz i miliamperomierz); - badany układ typu CW1. Połączyć układ pomiarowy zgodnie ze schematem połączeń zamieszczonym na rys. 4.4. Połączenie układu pomiarowego wykonać przy wyłączonym napięciu zasilania zasilacza laboratoryjnego. Po sprawdzeniu poprawności połączeń układu pomiarowego włączyć napięcie zasilania multimetru i zaprogramować zgodnie z poleceniem podanym w pkt.4.1. Włączyć napięcie zasilania zasilacza laboratoryjnego i wykonać następujące pomiary: - zmierzyć i wykreślić f(); - wyznaczyć i wykreślić wartość rezystancji R 3 =f(); - obliczyć moc wydzielaną w badanym rezystorze i wykreślić zależność P=f(). Pomiary wykonać dla napięć od 10V do +10V. Wyniki pomiarów zamieścić w tabeli. Uwaga! Nie należy przekraczać dopuszczalnej mocy strat w badanym oporze nieliniowym 0.2W. Przekroczenie dopuszczalnej mocy strat spowoduje uszkodzenie badanego oporu. 4
4.3. Badanie dzielnika napięciowego Schemat ideowy układ pomiarowego do badania dzielnika napięciowego przedstawiono na rys. 4.5. i V U R1 U1 V1 R5 Rys. 4.5. Schemat układu pomiarowego do badania dzielnika napięciowego Układ pomiarowy przedstawiony na rys. 4.5 składa się z : - regulowanego źródła napięcia stałego ; - woltomierza napięcia stałego V; - miliamperomierza prądu stałego - woltomierza napięcia stałego V1 - badanego dzielnika napięcia. znajdującego się na płytce laboratoryjnej CW1. Dzielnik napięcia złożonego z rezystorów R1 i R5. Schemat połączeń układu pomiarowego przedstawiono na rys. 4.6. Zasilacz + - G10 G11 G3 CW1 M1 G9 M3 M4 u V V/Ω V/Ω TSTD-3800 V1 Rys. 4.6. Schemat połączeń układu pomiarowego W układzie pomiarowym przedstawionym na rys. 4.6 zastosowano następujące przyrządy: - regulowany zasilacz napięcia stałego typu KB-6118; - programowalny multimetr model 1705 pozwala na pomiar dwóch wielkości jednocześnie napięcia i prądu stałego(woltomierz i miliamperomierz V, ); - multimetr uniwersalny typu TSTD-3800 (V1); - badany układ typu CW1. Połączyć układ pomiarowy zgodnie ze schematem połączeń zamieszczonym na rys. 4.5. Połączenie układu pomiarowego wykonać przy wyłączonym napięciu zasilania zasilacza laboratoryjnego. Po sprawdzeniu poprawności połączeń układu pomiarowego włączyć napięcie zasilania multimetru i zaprogramować 5 zgodnie z poleceniem podanym w pkt.4.1.
uniwersalny typu TSTD-3800 (V1) ustawić na zakres 20V dla napięcia stałego. Włączyć napięcie zasilania zasilacza laboratoryjnego i wykonać następujące pomiary: - zmierzyć i wykreślić U1=f(R5) zmieniając wartość rezystora R5 od 0 do 2.2kΩ (wartość rezystora R5 zmienia się skokowo z kwanten 200Ω; - wyznaczyć i wykreślić stosunek napięć U1/f(R5); - wyznaczyć wartość rezystora R5 dla napięcie U1 równego 4.44V i wynik obliczeń sprawdzić w układzie laboratoryjnym, rezystor R1=1kΩ; Pomiary i obliczenia wykonać dla napięcia zasilania +10V. Wyniki pomiarów zamieścić w tabeli. Uwaga! Przed przystąpieniem do pomiarów przyrządy pomiarowe powinny mieć już włączone napięcie zasilania przez okres przewidziany w instrukcji, np. kilkanaście minut w celu ustalenia się termicznych warunków pracy. 4.3. Badanie dzielnika prądowego Schemat ideowy układ pomiarowego do badania dzielnika napięciowego przedstawiono na rys. 4.7. R1 1 2 1 2 V U R4 R5 Rys. 4.7. Schemat układu pomiarowego do badania dzielnika napięciowego Układ pomiarowy przedstawiony na rys. 4.7 składa się z : - regulowanego źródła napięcia stałego ; - woltomierza napięcia stałego V; - miliamperomierzy prądu stałego, 1, 2 - badanego dzielnika prądowego złożonego z rezystorów R4 i R5 znajdującego się na płytce laboratoryjnej CW1. Schemat połączeń układu pomiarowego przedstawiono na rys. 4.8. W układzie pomiarowym przedstawionym na rys. 4.8 zastosowano następujące przyrządy: - regulowany zasilacz napięcia stałego typu KB-6118; - programowalny multimetr model 1705 pozwala na pomiar dwóch wielkości jednocześnie napięcia i prądu stałego(woltomierz i miliamperomierz V, ); - multimetry uniwersalne typu TSTD-3800 (1 i 2); - badany układ typu CW1. Połączyć układ pomiarowy zgodnie ze schematem połączeń zamieszczonym na rys. 4.8. Połączenie układu pomiarowego wykonać przy wyłączonym napięciu zasilania przyrządów laboratoryjnych. Po sprawdzeniu poprawności połączeń układu pomiarowego włączyć napięcie zasilania multimetru i zaprogramować zgodnie z poleceniem podanym w pkt.4.1. 6
y uniwersalne typu TSTD-3800 (1 i 2) ustawić na zakres 20 dla prądu stałego. -2 TSTD-3800 A 2 Zasilacz + - G10 G3 G9 G11 G8 G7 M1 CW1 V/Ω 1 A -1 TSTD-3800 Rys. 4.8. Schemat połączeń układu pomiarowego Wykonać następujące pomiary: - zmierzyć i wykreślić 2=f(R5) zmieniając wartość rezystora R5 od 0 do 2.2kΩ (wartość rezystora R5 zmienia się skokowo z kwanten 200Ω; - wyznaczyć i wykreślić stosunek napięć 2/=f(R5); - wyznaczyć wartość rezystora R5 dla prądu 2 równego 6 i wynik obliczeń sprawdzić w układzie laboratoryjnym, rezystor R4=1kΩ; Pomiary i obliczenia wykonać dla prądu zasilania 10. Wyniki pomiarów zamieścić w tabeli. Uwaga! Przed przystąpieniem do pomiarów przyrządy pomiarowe powinny mieć już włączone napięcie zasilania przez okres przewidziany w instrukcji, np. kilkanaście minut w celu ustalenia się termicznych warunków pracy. 5. Wykaz literatury 1. Materiały pomocnicze do wykładów z Obwodów i sygnałów. 2 T. Cholewicki Elektrotechnika teoretyczna t.1. WNT Warszawa 1970 3. M. Krakowski Elektrotechnika teoretyczna t.1. WNT Warszawa 1980 4. J. Osiowski Teoria obwodów t.2 WNT Warszawa 1970 5. J. Osiowski, J. Szabatin Podstawy teorii obwodów WNT Warszawa 1995 6. C. Rajski Teoria obwodów t.1 WNT Warszawa 7
6. Dodatek Rys. 1D. Widok płyty czołowej multimetru 8