INSTRUKCJE LABORATORYJNE Z MIERNICTWA ELEKTRONICZNEGO Krzysztof Górecki, Witold J. Stepowicz Gdynia 05
wiczenie. Mierniki magnetoelektryczne Celem wiczenia jest zapoznanie studentów z zasad działania miernika magnetoelektrycznego pełnicego rol amperomierza, woltomierza i omomierza, wzorcowaniem tych przyrzdów oraz rozszerzaniem zakresu pomiarowego woltomierza. Zadania do wykonania w laboratorium. Wzorcowanie woltomierza magnetoelektrycznego: a) połczy równolegle, jak pokazano na rysunku 4, napiciowy zasilacz regulowany DF73005TC, badany wskazówkowy woltomierz magnetoelektryczny YX360TRF oraz cyfrowy miernik UT803 jako wzorcowy woltomierz, DF73005TC UT 803 Rys.4. Układ do wzorcowania woltomierza magnetoelektrycznego b) wybra zakres pomiarowy 0 V dla badanego woltomierza magnetoelektrycznego oraz zakres 0 V dla woltomierza wzorcowego (przycisk RANGE), c) zmieniajc wydajno zasilacza w zakresie od 0 do 0 V z krokiem 0,5 V (i ustawiajc j według wskaza UM- 3B) zanotowa wskazania obu woltomierzy w pokazanej poniej tabeli, U wz [V] U pom [V] 0 0,5,0,5,0,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 9,5 0. Pomiar rezystancji wewntrznej woltomierza: a) połczy szeregowo napiciowy zasilacz regulowany DF73005C, amperomierz magnetoelektryczny UM-5B oraz badany woltomierz UM-3B, jak pokazano na schemacie na rysunku 5, V YX360TRF YX360TRF V U wz U pom DF73005TC A YX360TRF V R-box 0 R dek Rys.5. Układ do pomiaru rezystancji wewntrznej woltomierza b) ustawi wydajno zasilacza DF73005TC zapewniajc uzyskanie maksymalnej wartoci napicia woltomierza U Vmax na zakresie 0 V, c) odczyta warto prdu I A na amperomierzu YX360TRF, d) obliczy warto rezystancji wewntrznej R w woltomierza ze wzoru UV max Rw = I A e) w celu wyznaczenia rezystancji wewntrznej woltomierza metod podstawieniow, w miejsce woltomierza YX360TRF w układzie pomiarowym włczy rezystor dekadowy R dek R-box 0, f) zmienia warto rezystancji rezystora dekadowego a do uzyskania w obwodzie poprzednio zmierzonej wartoci prdu równej I A, g) zanotowa warto rezystancji wewntrznej woltomierza R w równ rezystancji rezystora dekadowego R dek, uzyskan t metod. 3. Rozszerzenie zakresu pomiarowego woltomierza: a) połczy równolegle, zgodnie ze schematem pokazanym na rysunku 6, napiciowy zasilacz regulowany DF73005TC, wzorcowy woltomierz cyfrowy UT803 oraz badany woltomierz magnetoelektryczny YX360TRF połczony szeregowo z rezystorem dekadowym R dek R-box 0, b) wybra zakres pomiarowy 0 V dla badanego woltomierza YX360TRF oraz zakres 30 V dla woltomierza
wzorcowego UT803, DF73005TC UT803 V Rys.6. Układ do rozszerzenia zakresu pomiarowego woltomierza c) obliczy warto rezystancji posobnika R p, zapewniajcego rozszerzenie zakresu pomiarowego woltomierza z wartoci U p = 0 V do U k = 30V, ze wzoru U k U p R p = Rw U d) ustawi obliczon warto rezystancji R p na rezystorze dekadowym (R-box 0), a nastpnie przeprowadzi wzorcowanie tak uzyskanego woltomierza o rozszerzonym zakresie pomiarowym dla napi U w zmierzonych woltomierzem UT803 w zakresie od 0 do 30 V z krokiem V. Wskazania obu mierników zanotowa w poniszej tabeli. U wz [V] 0 3 4 5 6 7 8 9 0 U pom [V] (z posob.) U wz [V] 3 4 5 6 7 8 9 0 3 4 U pom [V] (z posob.) U wz [V] 5 6 7 8 9 30 U pom [V] (z posob.) 4. Wzorcowanie amperomierza oraz skalowanie omomierza szeregowego: a) w celu jednoczesnego wzorcowania amperomierza YX360TRF oraz skalowania omomierza szeregowego wykorzystujcego ten amperomierz naley połczy szeregowo zasilacz regulowany DF73005TC, cyfrowy miernik UT803 (jako wzorcowy amperomierz), rezystor dekadowy R-box 0 R dek oraz badany amperomierz magnetoelektryczny YX360TRF, jak pokazano na rysunku 7, UT803 A YX360TRF R dek I wz V p I pom R-box 0 DF73005TC R dek R-box 0 A YX360TRF Rys.7. Układ do wzorcowania amperomierza YX360TRF b) przed przystpieniem do pomiarów, ustawi maksymaln warto rezystancji rezystora dekadowego oraz wydajno zasilacza równ 0 V, c) wybra zakres pomiarowy 5 ma dla badanego amperomierza YX360TRF oraz zakres 00 ma dla amperomierza wzorcowego, d) zmieniajc warto rezystancji rezystora dekadowego R dek notowa w tabeli wartoci tej rezystancji, prdu I wz odpowiadajce wskazaniom I pom amperomierza UT803 oraz amperomierza YX360TRF z zakresu od 0 do 5 ma z krokiem,5 ma. R dek [Ω] I wz [ma] I pom [ma] 0,5 5,0 7,5 0,5 5,0 7,5 0,0,5 5,0 Opracowanie wyników:. Obliczy wartoci błdów bezwzgldnych i wzgldnych pomiarów dotyczcych wzorcowania woltomierza oraz amperomierza ( z punktów i 3) przyjmujc, ze błd pomiaru miernikiem cyfrowym, traktowanym jako miernik wzorcowy, wynosi zero. Wyniki oblicze zaprezentowa w tabeli wraz z uzyskanymi w laboratorium wynikami pomiarów. 3
. Wykreli krzywe wzorcowania, to znaczy zalenoci wskaza przyrzdu badanego w funkcji wskaza przyrzdu wzorcowego, dla przebadanych przyrzdów: amperomierza, woltomierza (z rozszerzonym zakresem i bez tego rozszerzenia) oraz krzyw skalowania omomierza I pom (R dek ), zmierzon w zadaniu 3 d. 3. Porówna wyniki pomiarów rezystancji wewntrznej woltomierza otrzymane dwoma metodami i skomentowa zauwaone rozbienoci. 4. Skomentowa wyniki uzyskane w zadaniu i. 4
wiczenie. Pomiary oscyloskopowe Celem wiczenia jest zapoznanie studentów z obsług oscyloskopu analogowego, metodami pomiaru napicia stałego i zmiennego, okresu sygnału, charakterystyk dwójników nieliniowych oraz wykonywania operacji sumowania i odejmowania sygnałów. Zadania do wykonania w laboratorium:. Wzorcowanie obu kanałów oscyloskopu DF43C: kanału (Y) oraz kanału (X): a) połczy równolegle zasilacz napiciowy DF73005TC, woltomierz cyfrowy UNIT UT803 oraz wejcie wzorcowanego kanału oscyloskopu DF43C, według schematu pokazanego na rysunku (połczenie sygnału na wejcie oscyloskopu wykona przy wykorzystaniu przewodu BNC), DF43C DF73005TC Y X V UT803 Rys.. Układ do wzorcowania kanału Y oscyloskopu b) ustawi współczynnik odchylania wzorcowanego kanału równy 5 V/dz, wyzwalanie w trybie AUTO oraz stałoprdowy tryb pracy DC, c) dla napicia na zasilaczu równego zeru ustawi obraz (w postaci poziomej linii) na rodku ekranu za pomoc pokrtła przesuwu obrazu w pionie, d) regulowa wydajnoci zasilacza tak, aby uzyska zmian połoenia linii na ekranie oscyloskopu kolejno o,, 3 oraz 4 działki. Notowa w poniszej tabeli napicie U X odczytane z woltomierza, odpowiadajce poszczególnym wartociom wychylenia plamki w pionie, a nastpnie powtórzy powysze czynnoci dla kanału Y i zanotowa w tabeli odczytane z woltomierza wartoci napicia U Y. Wychylenie plamki w pionie [dz] -4-3 - - 0 3 4 U X [V] U Y [V]. Obserwacja przebiegów napi na ekranie oscyloskopu: a) przełczajc tryb pracy kanału Y oscyloskopu na GND ustawi obraz na rodku ekranu, a nastpnie podłczy generator sygnałowy DF64B na wejcie kanału Y oscyloskopu (za pomoc kabla BNC), jak pokazano na rysunku, DF43C Y X DF64B Rys.. Układ do obserwacji przebiegów na ekranie oscyloskopu b) przełczy tryb pracy kanału Y na DC i zapewni otrzymanie z generatora sygnału sinusoidalnego o czstotliwoci khz, amplitudzie V oraz wartoci redniej V, regulujc w tym celu jednoczenie wartoci amplitudy i składowej stałej (nacisn przycisk DC OFFSET i pokrtłem z prawej strony wyregulowa składow stał ogldajc przebieg na oscyloskopie, a nastpnie go narysowa lub sfotografowa ), c) ustawi tryb pracy kanału Y jako zmiennoprdowy (AC), d) dobra podstaw czasu równ 0, ms/dz oraz współczynnik odchylania kanału Y równe V/dz, e) odrysowa oscylogram, zapisujc ustawienia oscyloskopu oraz zaznaczajc poziom zera, f) przełczy tryb pracy kanału Y na stałoprdowy (DC) i odrysowa oscylogram, 5
g) zmieni ustawienie podstawy czasu na 0,5 ms/dz, bez zmiany trybu pracy, i odrysowa oscylogram. 3. Pomiary charakterystyk statycznych i(u) diod p-n: a) Przed rozpoczciem pomiarów tryb pracy kanału X i kanału Y ustawi jako GND i pokrtłami ustawi wywietlany punkt na rodku ekranu. Nastpnie przełczy na na tryb DC. Na wejcie zestawu do pomiaru charakterystyk i(u) diod podłczy generator sygnału harmonicznego DF64B, a nastpnie uzyska z niego przebieg o czstotliwoci khz. Na wejcie kanału X poda sygnał z wyjcia U zestawu, natomiast na wejcie Y sygnał z wyjcia I zestawu (rys.3), za tryb pracy oscyloskopu przełczy na X-Y skrcajc maksymalnie w lewo pokrtło regulacji współczynnika czasu (na wywietlaczu pojawi si symbol H.Y). Amplitud sygnału generatora dobra w ten sposób, aby widoczna na ekranie charakterystyka i(u) nie miała kształtu ptli. Dobra tak nastawy współczynnika odchylania w kanale X i Y, aby obserwowana charakterystyka zajmowała moliwie du cz ekranu. b) przerysowa zaobserwowane na ekranie oscyloskopu oscylogramy charakterystyk otrzymane dla dwóch diod wskazanych przez prowadzcego, przy dwóch wybranych wartociach rezystancji R S połczonej w szereg z badan diod. Zanotowa wartoci współczynnika odchylania dla obu kanałów. Połczenia midzy wyjciem generatora (zacisk OUT) a zestawem pomiarowym oraz midzy zestawem pomiarowym a wejciami oscyloskopu naley wykona za pomoc przewodów BNC. Rys.3. Układ do pomiaru charakterystyk i(u) diod półprzewodnikowych 4. Pomiar spadku napicia na rezystorze za pomoc oscyloskopu cyfrowego: a) wykorzystujc dekad rezystancyjn R dek oraz pojemnociow C dek zbudowa układ całkujcy (rys.4), którego wejcie jest połczone z generatorem sygnału prostoktnego DF64B i wejciem kanału X oscyloskopu (uy trójnika BNC), natomiast wyjcie dołczone jest do wejcia kanału Y oscyloskopu; przyj R dek = 0 kω oraz C = 50 nf, czstotliwo sygnału prostoktnego f = khz, a amplitud równ 0 V. b) wyznaczy rónic i sum napi na obu zaciskach rezystora, podłczonych do wej X oraz Y oscyloskopu, korzystajc z moliwoci zmiany polaryzacji sygnału w kanale X za pomoc przycisku INVERT oraz funkcj ADD. Przerysowa odpowiednie oscylogramy. c) Zastpi oscyloskop analogowy DF43C oscyloskopem cyfrowym DS05 E, ustawi za pomoc pokrteł na płycie czasowej oscyloskopu warto współczynnika odchylania w obu kanałach t = 00µs/działka i 5V/działka. Za pomoc pokrtła przesuwu pionowego ustawi poziom odniesienia dla kadego sygnału na rodku ekranu. Zapisa na noniku za pomoc USB zarejestrowany przebieg wybierajc nastpujc sekwencj przycisków: -Storage szarym przyciskiem z prawej strony ekranu wybra Waveform i za pomoc tego przycisku wybra Bitmap, nastpnie nacisn External dalej New File (mona wprowadzi swoj nazw pliku) i klikn przycisk SAVE. d) Zmierzy okres oraz warto midzyszczytow napi w obu kanałach wybierajc sekwencj przycisków: - Measure, dalej wybra CH, nastpnie wybra Voltage i pokrtłem wybra warto midzyszczytow Vpp i pokrtłem zaakceptowa. Analogicznie postpi dla kanału (CH). 6
DS05 E Y X R dek DF64B Układ całkujcy C Rys.4. Układ do pomiarów napi w układzie całkujcym Opracowanie wyników:. Na podstawie pomiarów z zadania wyznaczy metod najmniejszych kwadratów współczynnik odchylania dla obu kanałów. Porówna uzyskane wartoci z nastaw oscyloskopu.. Na podstawie oscylogramów uzyskanych z pomiarów w zadaniu wyznaczy wartoci okresu oraz amplitudy sygnału mierzonego. Skomentowa rozbienoci wyników uzyskanych dla dwóch wartoci podstawy czasu. 3. Na podstawie wykonanych w zadaniu 3 pomiarów charakterystyk szeregowego połczenia diod i rezystora wykreli charakterystyki statyczne i(u) diod, uwzgldniajc spadki napicia na rezystorach. Zgodnie ze wzorem ud = u zm RS id gdzie u d oraz i d oznaczaj zmierzone wartoci napicia i prdu na diodzie, za u zm zmierzon warto napicia na szeregowym połczeniu diody i rezystora R S. 4. Wyznaczy analityczn posta odpowiedzi układu całkujcego na pobudzenie przebiegiem prostoktnym oraz porówna j na wspólnym wykresie z wynikami pomiarów z zadania 4 oraz skomentowa ewentualne rozbienoci. 7
wiczenie 3. Woltomierze napi zmiennych Celem wiczenia jest zapoznanie studentów z metodami pomiaru napi zmiennych za pomoc układów pomiarowych wykorzystujcych mierniki napicia stałego. Przedmiotem wiczenia jest woltomierz prostownikowy jednopołówkowy oraz woltomierz prostownikowy szeregowy szczytowy. Zadania do wykonania w laboratorium: W wiczeniu wykorzystano jeden zestaw pomiarowy, umoliwiajcy realizacj obu badanych woltomierzy.. Wzorcowanie woltomierza prostownikowego jednopołówkowego: a) w zestawie pomiarowym, pokazanym na rysunku 6, ustawi pojemno C = 0, b) na wejcie zestawu podłczy generator przebiegu sinusoidalnego JC64P, ustawiajc czstotliwo przebiegu równ 50 Hz. Równolegle do generatora dołczy woltomierz cyfrowy APPA05, pracujcy w zmiennoprdowym trybie pomiaru AC, który mierzy rzeczywist warto skuteczn mierzonego napicia, c) do wyjcia zestawu podłczy amperomierz magnetoelektryczny UM-3B, wybra zakres pomiarowy 0,005 A w trybie stałoprdowym DC; rezystor o rezystancji 00 Ω pełni rol posobnika, d) zmienia amplitud generatora tak, aby warto skuteczna sygnału harmonicznego U odczytywana z multimetru APPA05 zmieniała si w zakresie od 0 do 6 V z krokiem równym 0,5 V; notowa w poniszej tabeli wskazania obu mierników, U [V] 0 0,5,5,5 3 3,5 4 4,5 5 I [ma] Rys.6. Układ do wzorcowania woltomierza prostownikowego e) powtórzy pomiary z punktu d przy pobudzeniu sygnałem prostoktnym, otrzymanym z generatora JC64P.. Pomiar ekwiwalentnej rezystancji wejciowej woltomierza prostownikowego jednopołówkowego: a) włczy pomidzy generator a wejcie badanego układu rezystor dekadowy R dek (rys.7), b) ustawi zerow rezystancj rezystora dekadowego oraz amplitud przebiegu na wyjciu generatora, odpowiadajc maksymalnemu wychyleniu amperomierza. Zanotowa podan na obudowie UM-3B warto rezystancji wewntrznej amperomierza dla wybranego zakresu pomiarowego, c) zmienia warto rezystancji dekady do momentu, gdy prd amperomierza zmaleje do połowy wartoci zakresowej i zanotowa warto rezystancji dekady odpowiadajc tej sytuacji. Rys.7. Układ do pomiaru rezystancji wewntrznej woltomierza 3. Obserwacja przebiegów napi w wybranych punktach zestawu pomiarowego przy R dek = 0: 8
a) po podłczeniu oscyloskopu do odpowiednich zacisków przerysowa oscylogramy napicia wejciowego U 0 oraz wyjciowego U 0 woltomierza prostownikowego jednopołówkowego, przy zerowej wartoci rezystancji dekady oraz dwóch wartociach amplitudy harmonicznego sygnału wejciowego, równych odpowiednio V oraz wartoci odpowiadajcej maksymalnemu wychyleniu amperomierza UM-3B (schemat układu pomiarowego pokazany jest na rysunku 8). Rys.8. Układ do obserwacji przebiegów w woltomierzu napicia zmiennego 4. Wzorcowanie woltomierza prostownikowego szeregowego szczytowego: a) w układzie pomiarowym pokazanym na rysunku 6 wybra pojemno C = µf, b) na wejcie układu pomiarowego podłczy generator przebiegu sinusoidalnego, wybra czstotliwo sygnału równ 50 Hz, równolegle do generatora dołczy woltomierz cyfrowy APPA 05, pracujcy w trybie pomiaru AC, c) do wyjcia układu pomiarowego dołczy amperomierz magnetoelektryczny UM-3B, pracujcego w trybie DC na zakresie 0,005 A, d) zmienia warto amplitudy napicia generatora tak, aby warto prdu amperomierza zmieniała si w zakresie od 0 do,5 ma z krokiem 0,3 ma; notowa wskazania obu mierników w poniszej tabeli, e) powtórzy pomiary z punktu 4d dla czstotliwoci 0 khz, f) powtórzy pomiary z punktu 4e przy pobudzeniu sygnałem prostoktnym. I [ma] U [V] f = 50 Hz 9 f = 0 khz 0 0,3 0,6 0,9,,5 5. Pomiar ekwiwalentnej rezystancji wejciowej woltomierza prostownikowego szeregowego szczytowego: a) włczy pomidzy generator a wejcie badanego układu rezystor dekadowy (rys.7), b) ustawi zerow rezystancj rezystora oraz amplitud napicia generatora, odpowiadajc maksymalnemu wychyleniu amperomierza, c) zmienia warto rezystancji dekady do momentu, gdy prd amperomierza spadnie do połowy wartoci zakresowej i zanotowa warto rezystancji odpowiadajcej tej sytuacji. 6. Obserwacja przebiegów napi w wybranych punktach zestawu pomiarowego: a) podłczy oscyloskop do odpowiednich zacisków i przerysowa oscylogramy napicia wejciowego U 0 oraz wyjciowego U 0 badanego woltomierza, odpowiadajce zerowej wartoci rezystancji dekady oraz dwóm wartociom amplitudy sygnału wejciowego, równych odpowiednio V oraz wartoci odpowiadajcej maksymalnemu wychyleniu amperomierza UM-3B przy czstotliwociach wejciowego sygnału harmonicznego równych 50 Hz oraz 0 khz.
Opracowanie wyników:. Wykreli krzywe wzorcowania obu woltomierzy, a nastpnie metod najmniejszych kwadratów wyznaczy wartoci współczynników opisujcych zaleno prdu amperomierza od wartoci skutecznej napicia wejciowego dla sygnału harmonicznego oraz prostoktnego, a take dla obu rozwaanych czstotliwoci.. Na podstawie wartoci elementów układu pomiarowego obliczy ekwiwalentn rezystancj wejciow badanych woltomierzy i porówna wyniki oblicze z wynikami pomiarów uzyskanych w zadaniach i 5. Skomentowa zauwaone rónice. 3. Omówi wpływ kształtu, amplitudy i czstotliwoci mierzonego sygnału napiciowego na właciwoci badanych woltomierzy. 0
wiczenie 4. Cyfrowe pomiary napicia stałego Celem wiczenia jest zapoznanie studentów z zasad działania kompensacyjnych przetworników analogowo-cyfrowych oraz z cyfrowymi woltomierzami napicia stałego. Zadania do wykonania w laboratorium.. Badanie przetwornika a/c z kompensacj równomiern: a) na wejcie U I zestawu laboratoryjnego zawierajcego przetwornik a/c z kompensacj równomiern podłczy zasilacz napiciowy DF 73005TC oraz na wejcie U R zasilacz napiciowy DF 73005TC, ustawiajc jego wydajno równ,5 V. Równolegle do obu wej zestawu laboratoryjnego podłczy woltomierze V545 oraz APPA07 (rys.9a), b) dla trzech wartoci napicia U I, równych kolejno V, V oraz 3 V, wykona pomiar napicia U I przy uyciu badanego zestawu pomiarowego w nastpujcy sposób. Najpierw nacisn przycisk RESET (powinny zgasn wszystkie diody LED). Nastpnie, wciskajc przycisk IMPULS doprowadzi do nie zmieniajcego si stanu wywietlacza. Uzyskane wyniki zanotowa w poniszej tabeli, oznaczajc stan wiecenia kadej z diod D D8 jako oraz stan niewiecenia tych diod jako 0. W tabeli zapisa take wartoci napi zmierzonych za pomoc woltomierzy V545 (napicie U I ) oraz APPA07 (napicie U R ). warto U I [V] U R [V] D7 D6 D5 D4 D3 D D D0 nom. U I [V] 3 a) b) Rys.9. Badane układy przetworników a/c: a) z kompensacj równomiern, b) z kompensacja wagow. Badanie przetwornika a/c z kompensacj wagow: a) na wejcie U I zestawu pomiarowego zawierajcego przetwornik a/c z kompensacj wagow podłczy zasilacz napiciowy DF73005TC oraz na wejcie U R zasilacz napiciowy DF73005TC, ustawiajc jego wydajno równ,5 V. Równolegle do obu wej zestawu laboratoryjnego podłczy woltomierze V545 oraz APPA07 (rys.9b), b) dla trzech wybranych wartoci napicia U I wykona pomiar tego napicia przy uyciu badanego zestawu pomiarowego w nastpujcy sposób. Najpierw nacisn przycisk RESET (powinny zgasn wszystkie diody LED). Nastpnie, uywajc przycisku IMPULS, doprowadzi do stabilnego stanu wywietlacza, co oznacza, e wcinicie przycisku IMPULS nie zmienia wartoci liczby binarnej wywietlanej na diodach. Wyniki zanotowa w poniszej tabeli, oznaczajc stan wiecenia poszczególnych diod jako oraz stan niewiecenia tych diod jako
0. W tabeli zapisa take wartoci napi zmierzonych za pomoc woltomierzy V545 (napicie U I ) oraz APPA07 (napicie U R ). warto U I [V] U R [V] D7 D6 D5 D4 D3 D D D0 nom. U I [V] 3 3. Badanie wpływu zakresu pomiarowego na wynik pomiaru woltomierzem cyfrowym: a) połczy równolegle zasilacz napiciowy DF73005TC i woltomierz cyfrowy V545, według schematu z rysunku 0, Rys.0. Układ do badania woltomierza cyfrowego b) wybra tryb pracy woltomierza przez wcinicie przycisków MAN oraz V DC, c) w celu oszacowania przypadkowego błdu pomiaru, wykona 0 pomiarów napicia wyjciowego zasilacza ustalajc jego wydajno równ około 0,8 V. Pomiar wykona na czterech zakresach pomiarowych woltomierza: V, 0 V, 00 V, 000 V. Kady pomiar naley wyzwala przyciskiem MAN. Wyniki zanotowa w poniszej tabeli. l.p. U [V] dla zakr.v U [V] dla zakr.0v U [V] dla zakr.00v U [V] dla zakr.000v 3 4 5 6 7 8 9 0 4. Pomiar rezystancji wejciowej woltomierza cyfrowego: a) połczy szeregowo zasilacz napiciowy DF 73005TC, rezystor dekadowy R dek i woltomierz cyfrowy V545 (rys.), Rys.. Układ do pomiaru rezystancji wewntrznej woltomierza cyfrowego b) ustawi zerow rezystancj rezystora dekadowego i zmierzy napicie U na woltomierzu, c) ustawi maksymaln rezystancj rezystora dekadowego R max i zmierzy napicie U na woltomierzu, d) wyliczy warto rezystancji wejciowej woltomierza R we ze wzoru U R we = U U R max () e) pomiary powtórzy dla wszystkich zakresów pomiarowych woltomierza i wyniki zanotowa w poniszej tabeli. R dek [!] U [V] dla zakr.v U [V] dla zakr.0v U [V] dla zakr.00v U [V] dla zakr.000v U (R=0) U (R = R max ) 5. Pomiar skutecznoci działania wejciowego filtru w woltomierzu: a) połczy układ według schematu z rysunku, gdzie przyrzd 90 jest generatorem funkcyjnym, stanowicym
ródło sygnału zakłócajcego, b) ustawi wydajno zasilacza napiciowego DF 73005TC równ około 0,8 V, a warto midzyszczytow sygnału U PP z generatora DF64B równ około V. Uwaga. Włczy generator do gniazda wtyczkowego bez bolca uziemiajcego. c) wykona dziesiciokrotnie pomiar napicia na woltomierzu na kadym z czterech zakresów pomiarowych przy czstotliwoci sygnału z generatora równej kolejno: 50 Hz, 0 Hz, 400 Hz, przy włczonym i wyłczonym filtrze wejciowym woltomierza. Kady pomiar wyzwala przez wcinicie przycisku MAN. Wyniki zanotowa w poniszych tabelach. Rys.. Układ do pomiaru skutecznoci działania filtru wejciowego l.p. 3 4 5 6 7 8 9 0 l.p. 3 4 5 6 7 8 9 0 l.p. f = 50 Hz U [v] dla zakr.v U [v] dla zakr.0v U [v] dla zakr.00v U [v] dla zakr.000v Filtr Filtr Filtr Filtr Filtr Filtr wyłczony włczony wyłczony włczony wyłczony włczony Filtr włczony Filtr włczony Filtr wyłczony f = 0 Hz U [v] dla zakr.v U [v] dla zakr.0v U [v] dla zakr.00v U [v] dla zakr.000v Filtr Filtr Filtr Filtr Filtr Filtr wyłczony włczony wyłczony włczony wyłczony włczony Filtr włczony f = 400 Hz Filtr wyłczony U [v] dla zakr.v U [v] dla zakr.0v U [v] dla zakr.00v U [v] dla zakr.000v Filtr Filtr Filtr Filtr Filtr Filtr wyłczony włczony wyłczony włczony wyłczony włczony Filtr wyłczony 3
3 4 5 6 7 8 9 0 6. Pomiar przebiegu napicia wolnozmiennego: a) połczy wejcie układu ródła sygnału wolnozmiennego do zasilacza napiciowego DF 73005TC, a wyjcie do zacisków woltomierza V545 (rys.3), Rys.3. Układ do pomiaru wolnozmiennego przebiegu napicia b) ustawi wydajno zasilacza DF 73005TC równ 0 V, c) nacisn i zwolni przycisk na płycie czołowej ródła (w chwili t = 0) i przez minuty z krokiem 0 sekund rejestrowa wartoci chwilowe napicia na woltomierzu, wyzwalajc kady pomiar przez wcinicie przycisku MAN. Opracowanie wyników.. Na podstawie wyników pomiarów z zadania wyznaczy warto napicia U I zmierzon za pomoc przetwornika a/c z kompensacj równomiern ze wzoru w U R U I = () 55 gdzie w oznacza liczb wywietlan w kodzie dwójkowym na wskaniku diodowym, przy czym stan diody D8 odpowiada najbardziej znaczcemu bitowi, a stan diody D0 najmniej znaczcemu bitowi.. Na podstawie wyników pomiarów z zadania wyznaczy warto napicia U I zmierzon za pomoc przetwornika a/c z kompensacj wagow, korzystajc ze wzoru (). 3. Wyznaczy rozdzielczo obu przetworników a/c ze wzoru U LSB = R (3) 55 4. Wyznaczy błd bezwzgldny pomiarów wykonanych w zadaniach oraz, traktujc wskazanie woltomierza cyfrowego V545 jako wzorcowe. Skomentowa uzyskane wyniki. 5. Wyznaczy przedziały ufnoci pomiarów wykonanych w zadaniu 3 dla poziomu ufnoci równego 0,99. 6. Obliczy wartoci rezystancji wejciowej woltomierza korzystajc ze wzoru () i wyników pomiarów z zadania 4. 7. Wyznaczy przedziały ufnoci pomiarów wykonanych w zadaniu 5 dla poziomu ufnoci równego 0,99. Czy wystpuje jaka zaleno midzy czstotliwoci sygnału zakłócajcego a błdem przypadkowym pomiaru? 8. Wykreli zmierzony w zadaniu 6 przebieg napicia na wyjciu ródła sygnału wolnozmiennego. Jaki kształt ma uzyskana zaleno? 4
wiczenie 5. Pomiary czstotliwoci i okresu Celem wiczenia jest zapoznanie studentów z metodami pomiaru czstotliwoci i okresu przebiegów elektrycznych przy wykorzystaniu metod cyfrowych oraz metody figur Lissajous. Zadania do wykonania w laboratorium. Pomiar czstotliwoci metod krzywych Lissajous: a) na wejcie kanału X oscyloskopu poda sygnał sinusoidalny o czstotliwoci wzorcowej f = 00 Hz z generatora DF 64B, natomiast na wejcie Y sygnał sinusoidalny o czstotliwoci mierzonej f z generatora JC 5603P (rys.6). Ustali tryb pracy oscyloskopu X-Y, b) przerysowa oscylogramy dla czstotliwoci mierzonej f równej 50 Hz, 00 Hz, 300 Hz. Rys.6. Schemat układu do pomiaru czstotliwoci metod krzywych Lissajous. Cyfrowy pomiar okresu za pomoc zestawu laboratoryjnego: a) dołczy do wejcia F zestawu wyjcie TTL generatora sygnału prostoktnego (JC5603P) o czstotliwoci wzorcowej f =00 Hz, natomiast do wejcia F zestawu wyjcie TTL generatora prostoktnego sygnału mierzonego DF 64B o czstotliwoci f (rys.7), b) zmieniajc czstotliwo f w zakresie od Hz do 0 Hz z krokiem Hz notowa wskazania wywietlacza W, oraz notowa warto czstotliwoci f m. Wyniki zapisa w tabeli, f [Hz] f m [Hz] W Rys.7. Schemat układu do cyfrowego pomiaru okresu c) pomiar powtórzy dla czstotliwoci mierzonej f = khz, d) do gniazd P oraz P podłczy wejcia oscyloskopu (rys.8) i przerysowa oscylogramy napi odpowiadajce czstotliwociom f = 00 Hz oraz f = 400 Hz. 5
! $%$&' & ( $($)*+$*+,-., "#$% &' " # Rys.8. Schemat układu do pomiaru czasowych przebiegów napi w zestawie laboratoryjnym 3. Cyfrowy pomiar czstotliwoci za pomoc zestawu laboratoryjnego: a) dołczy do wejcia F generator sygnału wzorcowego (DF 64 B), ustawi czstotliwo równ f = Hz, natomiast do wejcia F dołczy generator czstotliwoci f sygnału mierzonego (JC 5603 P) (rys.7), b) zmieniajc czstotliwo f w zakresie od 500 Hz do 8 khz z krokiem 500 Hz notowa w tabeli wskazania wywietlacza oraz czstociomierzy. f [Hz] f [Hz] W c) pomiar powtórzy przy czstotliwoci sygnału wzorcowego równej f = 0 Hz. Opracowanie wyników. Na podstawie krzywych uzyskanych w zadaniu oraz wartoci czstotliwoci wzorcowej, wyznaczy czstotliwo sygnału mierzonego f ze wzoru f f = m W.. Obliczy, według wzorów podanych poniej, wartoci błdu bezwzgldnego ε i błdu wzgldnego δ pomiarów czstotliwoci oraz okresu, wykonanych za pomoc zestawu laboratoryjnego w zadaniach i 3. Przyj, e: a) przy cyfrowym pomiarze okresu czstotliwo mierzona f m = f m /W, a czstotliwo wzorcowa f jest równa wartoci odczytanej z miernika czstotliwoci MS 950, b) przy cyfrowym pomiarze czstotliwoci czstotliwo mierzona f m = f. m W, a warto czstotliwoci wzorcowej f naley odczyta z miernika czstotliwoci MS 950. Błdy wzgldny i bezwzgldny pomiaru czstotliwoci s dane nastpujcymi wzorami: ε = f m f ε f δ =. 6
wiczenie 6. Pomiary mostkowe Celem wiczenia jest zapoznanie studentów z mostkowymi metodami pomiaru rezystancji i impedancji elementów elektronicznych. Zadania do wykonania w laboratorium. Pomiary rezystancji za pomoc mostka prdu stałego (mostek Wheatstone a MWH-9): a) wykona pomiary rezystancji rezystora dekadowego dla dwóch zadanych przez prowadzcego nastaw dekady R x (rys.4), stosujc zasilanie mostka napiciem z zasilacza napicia stałego DF 70SL3A równym kolejno 5 V oraz 0 V. Notowa nastawy mostka w stanie równowagi oraz nastaw rezystora dekadowego. Równowaenia dokona dla rónych wartoci ilorazu rezystancji rezystorów R oraz R 3, równych odpowiednio 0,; ; 0. Wyniki zanotowa w tabeli. R X R P R box0 µa UT 803 i G R R DF 70SL3A Rys.4. Układ badanego mostka Wheatstone a Tabela. Pomiary rezystancji za pomoc mostka Wheatstone a Dla R X = Dla R X = R /R U zas = 5 V U zas = 0 V R /R U zas = 5 V U zas = 0 V R p R X R p R X R p R X R p R X 0, 0, 0 0. Wyznaczanie błdu nieczułoci mostka Wheatstone a: a) dla identycznych wartoci rezystancji R p oraz R x jak w zadaniu, wyznaczy warto prdu wskanika równowagi, odpowiadajcej zmianie rezystancji R x o % przy obu wczeniej podanych wartociach napicia zasilania. Wyniki zanotowa w tabeli. b) Pomiary impedancji za pomoc półautomatycznego mostka RC typu MRC-A oraz mostka automatycznego MOTECH MT4090: a) wykona pomiary pojemnoci C S rezystancji szeregowej R S wybranych kondensatorów za pomoc mostka automatycznego przy czstotliwoci f = 00 Hz oraz f = 00 khz, b) wykona pomiary pojemnoci C p oraz równoległej rezystancji strat R P wybranych kondensatorów za pomoc mostka automatycznego przy czstotliwoci f = 00 Hz oraz f = 00 khz, c) wykona pomiary indukcyjnoci L S oraz rezystancji szeregowej R S wybranych dławików przy czstotliwoci f = 00 Hz oraz f = 00 khz, d) wykona pomiary rezystancji wybranych rezystorów za pomoc mostka automatycznego, e) wykona pomiary pojemnoci kondensatorów badanych w punkcie 4a i 4b oraz rezystancji wybranych rezystorów badanych w punkcie 4d za pomoc mostka MRC-A. 7
Tabela. Badanie błdu nieczułoci mostka Wheatstone a Dla R X = Dla R X = R /R 0, 0 U zas = 5 V U zas = 0 V I G I G R /R 0, 0 U zas = 5 V I G U zas = 0 V I G gdzie R X =,0. R X W celu wykonania pomiaru wybranej impedancji za pomoc mostka MOTECH MT4090 naley połczy badany element do zacisków pomiarowych mostka, wybra rodzaj układu zastpczego mierzonej impedancji za pomoc przełcznika Z/R/L oraz wybra czstotliwo pomiarow przyciskiem FREQ. Wynik pomiaru zostanie wywietlony na wywietlaczu. W celu wykonania pomiaru rezystancji lub pojemnoci za pomoc mostka MRC-A naley podłczy badany element do zacisków oznaczonych Rx (dla rezystora) lub Cx (dla kondensatora). Nastpnie przy uyciu przełcznika obrotowego wybra najwikszy zakres pomiarowy. Regulujc pokrtłem umieszczonym na płycie czołowej mostka doprowadzi go do stanu równowagi, który jest sygnalizowany zganiciem obu diod LED. Ze skali naley odczyta warto zmierzonej wielkoci. Jeeli na wybranym zakresie nie udało si uzyska stanu równowagi, to naley wybra mniejszy zakres i ponownie dokona próby zrównowaenia mostka. Opracowanie wyników.. Wyznaczy warto błdu wzgldnego i bezwzgldnego pomiarów wykonanych w zadaniu, przyjmujc ustawienie dekady rezystancyjnej za warto wzorcow.. Wyznaczy błd nieczułoci mostka Wheatstone a dla pomiarów wykonanych w zadaniu. 3. Porówna wyniki pomiarów pojemnoci kondensatora i rezystancji rezystora uzyskane za pomoc mostka automatycznego i półautomatycznego. 4. Wyznaczy moduł i faz impedancji mierzonych elementów oraz dobro dławików i stratno kondensatorów badanych w zadaniu 3. Skomentowa wpływ czstotliwoci na dobro dławika i stratno kondensatora. 8
LITERATURA [] Chwaleba A., Poniski M., Siedlecki A.: Metrologia elektryczna. WNT, Warszawa, 998. [] Dusza J., Gortat G., Leniewski A.: Podstawy miernictwa. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa, 998. [3] Jdrzejowski K. i inni: Laboratorium podstaw miernictwa. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa, 998. [4] Zielonko R. i inni: Laboratorium z podstaw miernictwa. Wydawnictwo Politechniki Gdaskiej, Gdask, 998. [5] Kołodziejski J., Spiralski L., Stolarski E.: Pomiary przyrzdów półprzewodnikowych. WKiŁ, Warszawa 990. [6] Arendarski J.: Niepewno pomiarów. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa, 003. [7] Kalus-Jcek B., Kumierek Z.: Wzorce wielkoci elektrycznych i ocena niepewnoci pomiaru. Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej, Łód, 000. [8] Górecki K., Stepowicz W.J.: Laboratorium Podstaw Miernictwa. Wydawnictwo Akademii Morskiej w Gdynia, Gdynia, 005. 9