Основы электротехники и электроники методичка

Лабораторная работа 1

Исследование электрической цепи с последовательным и

параллельным соединениями приемников электрической энергии

Цель работы — практически убедиться в физической сущности закона

Ома и первого закона Кирхгофа;

— проверить соотношения между токами и напряжениями

при последовательном и параллельном соединении

приемников энергии.

Пояснения к работе

Расчет и анализ любых электрических цепей может быть осуществлен с помощью основных законов электрических цепей – закона Ома и законов Кирхгофа.

Как показывают опыты, ток на участке цепи прямо пропорционален напряжению на данном участке и обратно пропорционален сопротивлению того же участка, т. е.. Эта зависимость известна как закон Ома для участка электрической цепи. Закон Ома справедлив для линейных цепей (R=const).

Рассмотрим полную цепь (рисунок 5.1). Ток в этой цепи определяется выражением:

, (1.1)

где R=R1+R2+R3 – полное сопротивление цепи, Ом;

r – внутреннее сопротивление источника, Ом.

Формула (1.1) является выражением закона Ома для простейшей цепи: сила тока в цепи прямо пропорциональна ЭДС и обратно пропорциональна сумме сопротивлений внешнего и внутреннего участков цепи.

На практике производят расчет цепей с различными схемами соединения приемников энергии. Если приемники соединены так, что по ним проходит один и тот же ток, то такое соединение приемников называется последовательным (рисунок 1.2). Следовательно, ток на отдельных участках цепи с последовательным соединением приемников (пассивных элементов) имеет одинаковое значение, т. е. I1=I2=…=In=I.

Сумма падений напряжений на отдельных участках равна напряжению всей цепи:

U=I1R1+I2R2+…+InRn=I (R1+R2+…+Rn)

Напряжение цепи можно представить как

U=IR,

где R – эквивалентное (общее) сопротивление всей цепи.

Следовательно,

IR=I (R1+R2+…+Rn).

Сократив обе части равенства на I, получим

R=R1+R2+…+Rn. (1.2)

Таким образом, общее сопротивление цепи, состоящей из нескольких последовательно соединенных приемников энергии (пассивных элементов) равно сумме сопротивлений этих элементов. Согласно первому закону Кирхгофа, алгебраическая сумма токов ветвей, соединенных в любой узловой точке электрической цепи, равна нулю:

ΣI=0 (1.3)

Например, для узла «А» (рисунок 5.3) имеем

I1+I2+I3-I4-I5=0

Согласно второму закону Кирхгофа, в любом замкнутом контуре электрической цепи, алгебраическая сумма ЭДС равна алгебраической сумме падений напряжений на пассивных элементах контура:

ΣЕ=ΣIR (1.4)

Для цепи (рисунок 1.1) по второму закону Кирхгофа можно составить уравнение:

E = Ir + I (R1+R2+R3)

Параллельным называется такое соединение приемников, при котором соединяются между собой как условные начала приемников, так и их концы (рисунок 1.4).

Для параллельного соединения характерно одно и тоже напряжение на выводах всех приемников:

U1=U2=…=Un=U.

Согласно закону Кирхгофа I=I1+I2+…+In, а согласно закону Ома можно записать I=U/R, I1=U/R1, I2=U/R2 и т. д. Тогда U/R= U/R1+ U/R2+…+ U/Rn.

Сокращая обе части неравенства на U, получаем формулу для определения эквивалентного (общего) сопротивления при параллельном соединении пассивных элементов:

(1.5) или G=G1+G2+…+Gn, (1.6) где G — эквивалентная (общая) проводимость цепи, Ом;

G1,G2,Gn – проводимости ветвей.

В настоящей работе в качестве приемников энергии используются магазины сопротивлений.

Рисунок 1.1 Рисунок 1.2

Рисунок1.3

ЧАСТЬ 1

Последовательное соединение приемников энергии. Проверка закона Ома

Предварительная подготовка

Задания

1.При подготовке к лабораторной работе самостоятельно изучить:

— методические указания к лабораторной работе;

— последовательное соединение пассивных элементов [5] (с. 94-99).

2.Подготовить форму отчета.

3.Подготовить ответы на контрольные вопросы.

4.Зарисовать исследуемую электрическую схему (рисунок 1.5).

5.Вычертить таблицу 5.1 для записи результатов исследования электрической цепи с последовательным соединением приемников энергии.

Работа в лаборатории

Схема исследования цепи с последовательным соединением резисторов

Рисунок 1.5

Оборудование и приборы

1.Источник питания – лабораторная сеть постоянного тока U=30 В.

2.Магазины сопротивлений — 3 шт.

(R1=50Ом; R2=100Ом; R3=10Ом).

3.Вольтметр выпрямительной системы (0 – 30 В) — 2 шт.

4.Амперметр выпрямительной системы (0 – 2 А)

5.Провода соединительные:

— однолучевые -5 шт.

— двухлучевые -2 шт.

Таблица 1.1

Задания и методические указания к выполнению части 1 работы 1

Задания

1.Ознакомиться с приборами и оборудованием, предназначенным для выполнения лабораторной работы, записать их технические данные.

2.Собрать электрическую схему цепи (рисунок 1.1).

3.Определить цену деления приборов, исходя из установленных пределов измерения.

4.Установить заданные параметры сопротивлений на магазинах сопротивлений.

5.Предъявить собранную схему для проверки преподавателю.

6.Включить автомат постоянного тока. Результаты измерений записать в таблицу 1.1.

7.Переносным вольтметром измерить напряжения на участках цепи (на клеммах резисторов R1, R2, R3), а также напряжение на зажимах цепи. Результаты измерений записать в таблицу 1.1.

8.Используя показания амперметра и вольтметров, определить сопротивление всей цепи R/, сопротивление и мощность каждого участка R1,P1 и т. д., мощность всей цепи P по расчетным формулам, приведенным в методических указаниях. Результаты вычислений записать в таблицу 1.1.

9.Составить отчет по результатам работы.

Методические указания

1.Для цепи с последовательным соединением пассивных элементов по измеренным значениям напряжения на зажимах цепи U, току I, и падениям напряжений на каждом из участков определить параметры цепи: R, R’, R1, R2 ,R3, P1, P2,P3.

Расчетные формулы

Сопротивления участков цепи:

R1=U1/I1, R2=U2/I2, R3=U3/I3

Эквивалентное (общее) сопротивление цепи:

R=R1+R2+R3

Сопротивление всей цепи:

Мощности участков цепи:

P1=U1I; P2=U2I; P3=U3I.

Мощность всей цепи:

P1=P1+P2+P3

2.К пункту 8 заданий. Сравнить опытные и расчетные данные. Убедиться, что напряжение на зажимах цепи U/=U1+U2+U3

Содержание отчета

Отчет должен содержать:

— наименование и цель работы;

— схему исследования цепи;

— перечень используемого оборудования и приборов;

— таблицу с опытными данными и данными расчетов;

— расчетные формулы;

— ответы на контрольные вопросы, выводы.

Контрольные вопросы

1.В чем сходство и различие закона Ома для участка цепи и всей цепи?

2.Почему при определении ЭДС источника тока с помощью вольтметра необходимо разомкнуть цепь?

3.Какое соединение приемников энергии (резисторов) называют последовательным?

4.Как распределяются токи, напряжения при последовательном соединении резисторов?

5.Чему равно эквивалентное сопротивление цепи при последовательном соединении приемников энергии (резисторов)?

6.Как определить мощность на участках цепи при последовательном соединении приемников энергии (резисторов)?

ЧАСТЬ 2

Параллельное соединение резисторов. Проверка первого закона

Кирхгофа.

Предварительная подготовка

Задания

1.При подготовке к работе самостоятельно изучить:

— методические указания к лабораторной работе;

— параллельное соединение пассивных элементов [5] (с. 94-99);

2.Подготовить форму отчета.

3.Подготовить ответы на контрольные вопросы.

4.Зарисовать исследуемую электрическую схему (рисунок 1.6)

5.Вычертить таблицу 1.2 для записи результатов исследования электрической цепи с параллельным соединением приемников энергии.

Работа в лаборатории

Схема исследования цепи с параллельным соединением резисторов

Рисунок 1.6

Оборудование и приборы

1.Источник питания – лабораторная сеть постоянного тока — U=30В.

2.Магазин сопротивлений – 3 шт.

(R1=50Ом; R2=60Ом; R3=150Ом).

3.Вольтметр выпрямительной системы (0-30В) – шт.

4.Амперметр выпрямительной системы (0-2А) – 3 шт.

5.Провода соединительные:

— однолучевые – 6 шт;

— трехлучевые – 2 шт.

Таблица 1.2

Задания и методические указания к выполнению части 2 работы 5

1.Ознакомиться с приборами и оборудованием, предназначенными для выполнения лабораторной работы, записать их технические данные.

2.Собрать электрическую схему цепи (рисунок 1.6).

3.Определить цену деления приборов, исходя из установленных пределов измерения.

4.Установить заданные параметры на магазинах сопротивлений.

5.Предъявить собранную схему для проверки преподавателю.

6.Включить автомат постоянного тока. Результаты измерений записать в таблицу 1.2.

7.Переносным вольтметром измерить напряжения в параллельных ветвях цепи (на клеммах резисторов R1, R2, R3), а также напряжение на зажимах цепи. Результаты измерений записать в таблицу 1.2.

8.Используя показания амперметров и вольтметра, вычислить эквивалентное сопротивление и эквивалентную проводимость всей цепи, сопротивления и проводимости параллельных ветвей по расчетным формулам, приведенным в методических указаниях. Результаты вычислений записать в таблицу 1.2.

9.Составить отчет по результатам работы.

Методические указания

1.Для цепи с параллельным соединением пассивных элементов по измеренным значениям напряжения на зажимах цепи U, току I неразветвленной части цепи и токам I1,I2,I3 в параллельных ветвях определить параметры цепи: I/,R/,R1,R2,R3,G1,G2,G3,G/,G.

Расчетные формулы

Сопротивления параллельных ветвей:

; ; .

Эквивалентное (общее) сопротивление цепи:

Проводимости параллельных ветвей:

; ;

Эквивалентная проводимость цепи:

; G=G1 + G2 +G3 .

2.К пункту 8 заданий. Сравнить опытные и расчетные данные. Убедиться, что ток в неразветвленной части цепи I=I1+I2+I3.

Содержание отчета

Отчет должен содержать:

— наименование работы;

— схему исследования цепи;

— перечень используемого оборудования и приборов;

— таблицу с опытными данными и данными расчетов;

— расчетные формулы;

— ответы на контрольные вопросы;

— выводы.

Контрольные вопросы

1.Что физически выражает первый закон Кирхгофа?

2.Сформулируйте второй закон Кирхгофа, запишите его в математической форме?

3.Какое соединение приемников энергии (резисторов) называется параллельным?

4.Как распределяются токи и напряжения при параллельном соединении приемников энергии (резисторов)?

5.Как определяется эквивалентное (общее) сопротивление при параллельном соединении нескольких ветвей?

Литература

[5] (с. 94-99).

Лабораторная работа 2

Резонанс напряжений

Цель работы — изучить физические процессы цепи переменного тока в

режиме резонанса напряжений;

— проверить опытным путем особенности цепи в режиме

резонанса;

— рассчитать параметры отдельных элементов цепи;

— построить по опытным данным резонансные кривые и

векторную диаграмму

Пояснения к работе

Резонансом напряжений называют режим электрической цепи при последовательном соединении участков с индуктивностью и емкостью, характеризующийся равенством индуктивного и емкостного сопротивлений. Резонанс напряжений рассмотрим на схеме идеализированной цепи (рисунок 11.1).Цепь при резонансе ведет себя так, как будто содержит только активное сопротивление. Резонанс напряжений возникает при определенной для данной цепи частоте источника энергии (частоте вынужденных колебаний), которую называют резонансной частотой ωр. При резонансе частота источника ωр равна собственной частоте колебаний контура ω0, т. е.

ωр== ω0.; fр=. (2.1)

Резонансу напряжений соответствует векторная диаграмма (рисунок 2.2).

Рисунок 2.1 Рисунок 2.2

На основании векторной диаграммы и закона Ома для цепи с R, L и C сформулируем признаки резонанса напряжений:

-сопротивление цепи Z=R минимальное и чисто активное;

-ток в цепи совпадает по фазе с напряжением источника и достигает максимального значения;

-напряжения на катушке индуктивности равно напряжению на конденсаторе и, каждое в отдельности, может превышать напряжение на зажимах цепи.

Последний указанный признак физически можно объяснить тем, что в любой момент времени энергия, запасенная в контуре одна и та же, обмен энергией с источником питания отсутствует. В контуре происходит только перераспределение запасенной энергии между конденсатором и катушкой. Источник обеспечивает только преобразование электромагнитной энергии в тепловую (компенсацию потерь в активном сопротивлении контура). Необходимо отметить, что чем меньше потери на активном сопротивлении контура, тем в большей степени напряжение на реактивных элементах превышает напряжение на зажимах цепи. Поэтому в цепях сильных токов резонанс напряжений может представлять опасность для изоляции установки и обслуживающего персонала. Количественно указанное явление характеризуется добротностью контура Q.

Q =. (2.2)

Следовательно, добротность Q показывает, во сколько раз при резонансе напряжение на индуктивности и емкости больше напряжения источника питания.

Резонанс напряжений в цепи можно установить двумя путями:

-изменением параметров контура L и C (одного из них или обоих вместе) при постоянной частоте источника;

-изменением частоты источника питания при постоянных L и C.

Практически чаще добиваются режима резонанса при помощи конденсатора переменной емкости. В связи с этим большой практический интерес представляют зависимости напряжений и токов на отдельных элементах цепи от емкости. Эти зависимости называются резонансными кривыми (рисунок 2.3, а, б).

Чем больше добротность контура Q, тем острее резонансная кривая.

Все рассуждения о резонансе напряжений в идеализированной цепи можно распространить и на цепи с реальными катушкой и конденсатором. При этом активные сопротивления катушки и конденсатора можно рассматривать как часть общего активного сопротивления цепи R, тогда схема на рисунке 2.1 будет пригодна и в этом случае.

Резонанс напряжений широко используется в радиотехнике и электронике для выделения сигналов заданной частоты.

а) Рисунок 2.3 б)

Предварительная подготовка

Задания

1.При подготовке к лабораторной работе самостоятельно изучить:

-методические указания к лабораторной работе;

-резонанс в последовательном контуре [5] (с. 280-282);

2.Подготовить форму отчета.

3.Подготовить ответы на контрольные вопросы.

4.Зарисовать исследуемую электрическую схему (рисунок 2.4).

5.Вычертить таблицу 2.1 для записи результатов исследования последовательной RLC–цепи.

6.Вычертить координатные оси для построения резонансных кривых тока и напряжений, а также зависимостей P(C), Q(C), cosφ(С).

ЧАСТЬ 1

Работа в лаборатории

Схема исследования последовательной RLC–цепи

Рисунок 2.4

Оборудование и приборы

1.Источник питания – лабораторная сеть переменного тока UФ=30 В.

  2.Вольтметр выпрямительной системы (0÷100 В) – 2 шт.

3.Амперметр выпрямительной системы (0÷2 А) – 1 шт.

  4.Ваттметр ферродинамической системы (0÷1200 Вт) – 1 шт.

  5.Катушка индуктивности – 2 шт.

6.Магазин емкостей (0÷121 мкФ).

  7.Провода соединительные: -однолучевые – 5 шт; -2х лучевые – 2 шт;

-3х лучевые – 1 шт.

Таблица 2.1

Задания

1.Определить размещение приборов и дополнительного оборудования на столе.

2.Ознакомиться с приборами и оборудованием, предназначенными для выполнения лабораторной работы, записать их технические данные.

3.Собрать электрическую схему цепи (рисунок 2.4).

4.Определить цену деления приборов, исходя из установленных пределов измерения.

  5.Предъявить собранную схему для проверки преподавателю.

  6.Включить автомат переменного тока.

7.Снять показания приборов – амперметра, вольтметра и ваттметра при пяти значениях емкости: C1 = 120 мкФ; С2 = 100 мкФ; С3 ≈ 80÷85 мкФ; С4 =60 мкФ;

С5 = 40 мкФ. Переносным вольтметром PV2 измерить падения напряжения на катушках и батареи конденсаторов. Результаты измерений записать в таблицу 11.1.

8.По результатам измерений произвести вычисления параметров цепи по расчетным формулам, приведенным в методических указаниях. Результаты вычислений записать в таблицу 2.1.

9.По измеренным и вычисленным данным построить в одной системе координат резонансные кривые тока, напряжений при изменении емкости, т. е. UL(C), UC (C), I (C). В другой системе координат построить зависимости P (C), Q(C), cos j (C).

10.Построить в масштабе векторную диаграмму тока и напряжений для режима резонанса.

  11.Составить отчет по результатам работы.

Методические указания

Для цепи, с последовательным соединением индуктивной катушки и конденсатора по измеренным значениям напряжений Uк, Uc, U, тока I и активной мощности P можно определить параметры цепи: активное сопротивление R, индуктивность L, емкость C, а также QL, QC, Q, S – реактивную и полную мощности.

Расчетные формулы

Емкость батареи конденсаторов, мкФ

, или , (2.3)

где , Ом;

f = 50 Гц.

Активное сопротивление всей цепи, Ом

. (2.4)

(активным сопротивлением конденсаторов пренебрегаем).

Индуктивность катушки, Гн

, (2.5)

где -реактивное сопротивление катушек индуктивности, Ом;

-полное сопротивление катушек индуктивности, Ом.

Реактивное сопротивление цепи, Ом

. (2.6)

Активная и реактивная составляющие напряжения катушек, В

; . (2.7)

Реактивная мощность, вар

Q = QL – QC, (2.8)

где QL = ULI-реактивная мощность индуктивности;

QC = UCI — реактивная мощность емкости.

Полная мощность цепи, ВА

S = UI. (2.9)

Коэффициент мощности

cos j =. (2.10)

Содержание отчета

Отчет должен содержать:

-наименование и цель работы;

-схему исследования RLC-цепи (последовательного контура);

-перечень используемого оборудования и приборов;

-таблицу с экспериментальными данными и данными расчетов;

-расчетные формулы;

-резонансные кривые тока, напряжений, т. е. UL (C), UC (C), Uа (C), I (C),а

также зависимости P (C), Q (C), cos j (C);

-векторную диаграмму тока и напряжений при резонансе;

-ответы на контрольные вопросы;

-выводы.

Контрольные вопросы

1.Какое явление называют резонансом напряжений, назовите характерные признаки этого явления?

2.Как практически по электроизмерительным приборам можно определить состояние резонанса напряжений?

3.Чему равен коэффициент мощности при резонансе?

4.В чем состоит опасность резонанса напряжений для промышленных электроустановок?

Литература

[5] (с. 286-287).

Лабораторная работа 3

Параллельное соединение индуктивной катушки и конденсатора. Резонанс токов

Цель работы — изучить физические процессы в цепи при параллельном

соединении индуктивной катушки и конденсатора;

— проверить опытным путем особенности цепи в режиме

резонанса токов;

— рассчитать параметры отдельных элементов цепи;

— построить по опытным данным резонансные кривые и

векторную диаграмму токов.

Пояснения к работе

В электрической цепи, состоящей из двух параллельных ветвей, одна из которых содержит реальную катушку индуктивности — катушку с потерями, а другая конденсатор без потерь (рисунок 12.1), действующее значение тока в каждой ветви определяется по закону Ома.

Ток в первой ветви:

, (3.1)

где U—напряжение на зажимах цепи, В;

Z1—полное сопротивление катушки, Ом;

R—активное сопротивление катушки, Ом;

XL— реактивное сопротивление катушки, Ом.

Этот ток отстает по фазе от напряжения на угол φ1 (рисунок 12.2,а). Активная составляющая тока первой ветви:

Ia1=I1cos φ1, а реактивная составляющая тока в этой ветви IР1=IL=I1sin φ1.

Ток во второй ветви, содержащей емкость, опережает приложенное напряжение на угол 90˚ и определяется выражением:

, (3.2)

где U- напряжение на зажимах цепи, В;

XC — сопротивление конденсатора, Ом.

Ток в неразветвленной части цепи может быть определен как геометрическая сумма токов ветвей:

, (3.3)

где Ia= Ia1—активная составляющая тока первой ветви, А;

Iр =IL — IC—реактивная составляющая тока, А.

Этот ток может отставать от напряжения на угол φ, если IL>IC , опережать его, если IL<IC, или совпадать по фазе с напряжением, если IL=IC. Последний случай соответствует резонансу токов.

На рисунке 3.2, а, б, в. приведены векторные диаграммы токов и напряжений при параллельном соединении катушки индуктивности и конденсатора для всех трех случаев.

а) б) с)

Рисунок 3.1 Рисунок 3.2

Резонансом токов называют такое явление в цепи с параллельным колебательным контуром, когда ток в неразветвленной части цепи совпадает по фазе с напряжением источника.

Условием резонанса токов является равенство нулю реактивной проводимости контура, т. е. В=В1 +В2 = 0.

При резонансе:

— сопротивление контура Z максимальное и чисто активное;

— ток в неразветвленной части цепи совпадает по фазе с напряжением источника и достигает практически минимального значения;

— реактивная составляющая тока в катушке равна емкостному току, причем эти токи могут во много раз превышать ток источника, так как в контуре с малыми потерями ток источника требуется только для покрытия потерь в активном сопротивлении контура.

Резонансная частота параллельного колебательного контура с потерями определяется выражением:

, (3.4)

где R—активное сопротивление контура (в данном случае активное сопротивление катушки), Ом;

ZВ = волновое сопротивление контура, Ом.

Резонанс токов может быть получен подбором параметров цепи при заданной частоте источника питания или подбором частоты источника питания при заданных параметрах цепи.

В настоящей работе резонанс токов получают подбором емкости батареи конденсаторов.

При параллельном соединении элементов качество резонансной цепи считается тем выше, чем больше отношение YВ / G, которое называется добротностью контура Q:

(3.5)

Резонансные явления широко применяются во многих областях техники, особенно в радиотехнике и электронике, для выделения и усиления сигналов.

В цепях промышленной частоты явления резонанса токов используют в установках для повышения коэффициента мощности ( cos φ).

Предварительная подготовка

Задания

1.При подготовке к лабораторной работе самостоятельно изучить:

—методические указания к лабораторной работе;

—резонансные кривые [5] (c.283).

2.Подготовить форму отчета.

3.Подготовить ответы на контрольные вопросы.

4.Зарисовать исследуемую электрическую схему (рисунок 12.3).

5.Вычертить таблицу 12.1 для записи результатов исследования цепи с параллельным включением катушки и конденсатора.

6.Вычертить координатные оси для построения резонансных кривых тока, а также зависимостей cos φ(С), Q(C).

Работа в лаборатории

Схема исследования цепи с параллельным соединением катушки и конденсатора

Рисунок 3.3

Оборудование и приборы

1.Источник питания – лабораторная сеть переменного тока UФ = 30 В.

2.Вольтметр выпрямительной системы (0 – 100) В – 1 шт.

3.Амперметр выпрямительной системы (0 ÷ 2) А – 3 шт.

4.Ваттметр ферродинамической системы (0 ÷ 1200) Вт

5.Катушка индуктивности — 2 шт.

6.Магазин емкостей (0 – 121) мкФ.

7.Провода соединительные: однолучевые– 6 шт.;

-2Х лучевые – 2 шт.;

-3Х лучевые – 1 шт.

Задания и методические указания к выполнению лабораторной

рабо

Задания

1.Собрать электрическую схему цепи (рисунок 12.3).

2.Снять показания приборов – амперметра, вольтметра, ваттметра при пяти значениях емкости: С1 = 0 мкФ; С2 = 40 мкФ; С3 = 69÷73 мкФ; С4 = 100 мкФ; С5 = 120 мкФ. Результаты измерений записать в таблицу 12.1.

3. По результатам измерений произвести вычисления величин по расчетным формулам, приведенным в методических указаниях. Результаты вычислений записать в таблицу 12.1.

4.По измеренным и вычисленным данным построить в одной системе координат резонансные кривые токов I1 (C), I2 (C), I (C). В другой системе координат построить зависимости Q (C), cos j (C).

5.Построить в масштабе векторную диаграмму напряжения и токов для режима резонанса.

6.Составить отчет по результатам работы.

Таблица 12.1

Методические указания

1.По измеренным значениям токов I, I1, I2, напряжению U и активной мощности P определить параметры цепи: cos j, Zk, Rk, Xc.

Расчетные формулы

Коэффициент мощности:

cos j =. (3.6)

Полное сопротивление катушки индуктивности, Ом

. (3.7)

Активное сопротивление катушки определяется при отключенной батареи конденсаторов, Ом

. (3.8)

Реактивное сопротивление конденсатора, Ом

. (3.9)

2.Используя параметры цепи, определенные в результате вычислений, по приведенным ниже формулам определить: реактивное сопротивление XL и реактивную проводимость BL катушки, реактивную проводимость конденсатора BC,, емкость батареи конденсаторов С, а также реактивные мощности катушки QL,, конденсатора QC, цепи Q и полную мощность всей цепи S.

Расчетные формулы

Реактивное сопротивление катушки, Ом

. (3.10)

Реактивная проводимость катушки, См

. (3.11)

Реактивная проводимость конденсатора, См

. (3.12)

Емкость батареи конденсаторов, мкФ

. (3.13)

Реактивная мощность катушки, вар

QL = U2 BL. (3.14)

Реактивная мощность конденсатора, вар

QС = U2 BС = U I2. (3.15)

Реактивная мощность цепи, вар

Q = QL – QC. (3.16)

Полная мощность цепи, ВА

S = U I. (3.17)

Содержание отчета

Отчет должен содержать:

—наименование и цель работы;

—схему исследования цепи (параллельного контура);

—перечень используемого оборудования и приборов;

—таблицу с экспериментальными данными и данными расчетов;

—расчетные формулы;

—резонансные кривые токов I1 (C), I2 (C), I (C) и графики зависимости cos j (C); Q(C);

—векторную диаграмму напряжения и токов;

—ответы на контрольные вопросы;

—выводы.

Контрольные вопросы

1.В какой цепи, и при каких условиях возникает резонанс токов?

  2.Каким образом может быть получен резонанс токов?

3.Какой прибор может зарегистрировать возникновение резонанса токов в цепи?

4.Чему равен коэффициент мощности cos j электрической цепи при резонансе?

5.Почему при резонансе токов ток на индуктивной катушке или на конденсаторе может превышать ток неразветвленной части цепи?

Литература

[1] (c.282-286),

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 4

Исследование работы выпрямителей и сглаживающих фильтров

Цель работы — изучение работы выпрямительных устройств;

— изучение влияния сглаживающих фильтров на

выпрямленное напряжение.

Пояснения к работ

В качестве источников питания различных электронных устройств часто используют выпрямители. Выпрямителем называют устройство, предназначенное для преобразования энергии переменного тока в энергию постоянного тока. Структурная схема выпрямителя приведена на рисунке 4.33.

Трансформатор 1 предназначен для изменения питающего напряжения сети с целью получения заданной величины выпрямленного напряжения на нагрузке 4. С помощью вентильной группы 2 осуществляют преобразование переменного напряжения в пульсирующее. Фильтр 3 предназначен для сглаживания пульсаций выходного напряжения выпрямителя.

Питание электронной аппаратуры чаще всего осуществляется с помощью маломощных выпрямителей, работающих от однофазной сети переменного тока. Такие выпрямители называют однофазными. Они делятся на :

— однополупериодные;

— двухполупериодные;

— схемы с умножением напряжения.

Для питания мощных промышленных установок используют выпрямители средней и большой мощности, работающие от трехфазной сети.

В выпрямителях в качестве вентилей чаще всего используются полупроводниковые диоды.

Широкое распространение получила двухполупериодная мостовая схема выпрямителя (рисунок 4.2), в которой используются трансформатор и четыре диода, включенных по мостовой схеме. Переменное напряжение подводится к одной диагонали моста, а выпрямленное напряжение снимается с другой. Диоды работают поочередно попарно: при положительной полуволне напряжения U2, которое соответствует прямому напряжению диода VD1, ток проходит через VD1, нагрузку и VD3, а при отрицательной полуволне напряжения U2, соответствующей прямому напряжению диода VD2, ток проходит через VD2, нагрузку и VD4. На рисунке 4.2 представлены диаграммы напряжений и тока в мостовой схеме.

Расчетные соотношения для двухполупериодной мостовой схемы выпрямителя представлены выражениями (4.1-4.4).

Среднее значение выпрямленного напряжения

U0 = 0,9 U2, (4.1)

где U2 – действующее значение напряжения во вторичной обмотке трансформатора.

Среднее значение тока Iпр ср, проходящего через каждый диод

Iпр ср = 0,5 I0 , (4.2)

где I0- средний ток нагрузки.

Максимальное значение обратного напряжения на закрытых диодах

Uобр. m = 1,57 U0 (4.3)

Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения по первой гармонике

Кп = 0,667 (4.4)

Возможно применение мостовой схемы выпрямителя без трансформатора, если напряжение сети соответствует напряжению, которое должно быть приложено к мосту.

Выпрямители трехфазного тока применяются для питания потребителей средней и большой мощности. Наиболее простой является трехфазная схема с нулевым выводом (рисунок 4.3). Схема состоит из 3-х фазного трансформатора, трех вентилей и сопротивления нагрузки R н. Катоды вентилей VD1, VD2 и VD3, соединенные между собой, имеют положительный потенциал по отношению к нагрузке R н, на нулевой точке трансформатора – отрицательный потенциал.

Вентили в приведенной схеме работают поочередно, каждый в течение одной трети периода, когда потенциал анода одного вентиля более положителен, чем потенциалы анодов двух других вентилей, т. е., когда соответствующее фазное напряжение будет положительным и больше двух других фазных напряжений. На рисунке 4.37 выпрямленное (пульсирующее) напряжение, образованное участками синусоид фазных напряжений, изображено более толстой линией. Из рисунка 4.37 видно, что пульсации напряжения на нагрузке значительно меньше, чем в схемах выпрямителей однофазного тока.

Расчетные соотношения для трехфазного выпрямителя представлены выражениями (4.5-4.9).

Среднее значение выпрямленного напряжения

U0 = 1,17 U2. (4.5)

Среднее значение тока, проходящего через диод

Iпр. ср =. (4.6)

Максимальное значение обратного напряжения на закрытых диодах

Uобр. m = 2,09 U0. (4.7)

Коэффициент пульсаций

К п = 0,25. (4.8)

Простейшие схемы выпрямителей имеют большой коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения, поэтому на выходе выпрямителей включают сглаживающие фильтры. Обычно используют Г или П- образные фильтры, включающие дроссели, конденсаторы и резисторы. Чаще всего используют LC – фильтры (рисунки 4.38,4.39), обеспечивающие хорошее сглаживание пульсаций при различных нагрузках.

Качество фильтра оценивают коэффициентом сглаживания

(4.9)

где Кп вх, Кп вых – коэффициенты пульсаций выпрямителя на входе и выходе фильтра. Чем больше q, тем эффективнее работает фильтр.

Задания и методические указания к выполнению работы

Задания

1.Вычертить таблицу 4.1 для записи результатов измерений для построения внешней характеристики выпрямителя и для определения КПД выпрямителя.

2.Вычертить таблицу 4.1 для определения коэффициента пульсаций выпрямленного напряжения.

3.Вычертить координатные оси для изображения осциллограмм напряжения на входе мостовой схемы (рисунок 4.7) выпрямленного напряжения на нагрузке.

4.Зарисовать электрическую схему исследуемого выпрямителя (рисунок 4.7), собрать ее и опробовать, используя напряжение « ~ 8 В» и нагрузочное сопротивление R1 = 1,5 кОм.

5.Поочередно подключить осциллограф к точкам АВ и CD.

6.Зарисовать изображения кривых с экрана осциллографа U2 и U0.

7.Нагружая выпрямитель различной нагрузкой, снять показания приборов РА1, РА2, PV1, PV2, результаты измерений занести в таблицу 4.1.

8.Для определения коэффициента пульсаций К п к нагрузочному резистору R1 следует подключить вольтметр PV3, который показывает действующее значение переменной составляющей выпрямленного напряжения. Данные наблюдений занести в таблицу 4.1.

9.РА1 переключить на предел измерения «100 мА». Параллельно нагрузке подключить емкостной фильтр С=220 мкФ, 16 В.

10.Зарисовать с экрана осциллографа кривую выпрямленного напряжения U 0 при включенном фильтре.

11.Вычислить КПД выпрямителя для 2-х значений выпрямленного напряжения U0. Результаты вычислений занести в таблицу 4.1.

12.Вычислить коэффициент пульсаций для двух значений выпрямленного напряжения. Результаты занести в таблицу 4.1.

13.По данным таблицы 4.8 построить внешнюю характеристику выпрямителя U0(I0).

14.Ответить на контрольные вопросы.

15Составить отчет по результатам работы.

Рисунок 4.1

Рисунок 4.2

Рисунок 4.3 Рисунок 4.4

Рисунок 4.5 Рисунок 4.6

Рисунок 4.7

Оборудование и приборы

1.Блок питания ПГ ( ~ 8 В).

2.РА1 – миллиамперметр Ц42170 (У) (0¸50 мА).

3.РА2 – миллиамперметр М42173 (У) (0¸50 мА).

4.PV1 – прибор комбинированный Ц4342 (0¸50В).

5.PV2 – вольтметр М42173 (У) (0¸50 В).

6.R1 – резисторы: 1 кОм, 1,5 кОм, 3,3 кОм, 4,7 кОм.

7.PS1 – осциллограф ОМШ – 3М.

8.Блок питания осциллографа КЭФ – 8 (0¸42 В).

9.Блок выпрямительный КЦ405А.

10.PV3 – прибор комбинированный Ц4342 (0¸50 В).

11.Провода со штырями.

Сборка схемы осуществляется на монтажной панели

Таблица 4.1

Методические указания

1.Для снятия внешней характеристики U0 (I0) мостовой схемы выпрямителя п.7 достаточно произвести 5-6 опытов. Для этой цели используют поочередно нагрузочные резисторы:

R1 = 0,5 кОм (2 резистора по 1 кОм каждый включены параллельно);

R1 = 1 кОм, 1,5 кОм, 3,3 кОм, 4,7 кОм.

PA1, PA2 – на пределе измерения «50 мА».

2.Для определения КПД п. 11 производят измерение для 2-х значений выпрямленного тока I0 (опыты 2 и 3). КПД выпрямителя определяют по формуле.

(4.10)

где Р0=U0∙I0, Р~=U ~ ∙I ~.

3.Коэффициент пульсации определяют выражением

Кп=, (4.11)

где Umn-амплитуда переменной составляющей напряжения пульсаций, изменяющегося с частотой повторения импульсов выпрямленного тока (fп=2fс=100Гц). ([8]с321). Коэффициент пульсаций п.12 определяют из опытов 2 и 3.

4. К п.13 — примерный вид внешней характеристики показан на рисунке 4.41.

U0,В

Рисунок 4.8 Внешняя характеристика

Таблица 4.2

Контрольные вопросы

1.Какие преимущества у мостовой схемы полупроводникового выпрямителя по сравнению с выпрямителем, собранным по двухполупериодной схеме со средней точкой?

2.Как подбирают тип полупроводниковых вентилей для работы в мостовой схеме выпрямителя?

3.По каким параметрам сравниваются схемы выпрямления?

4.Для чего в схемах выпрямителей диоды соединяют между собой параллельно или последовательно?

5.С какой частотой пульсирует напряжение на нагрузке в мостовой схеме выпрямителя?

Содержание отчета

Отчет должен содержать

— наименование и цель работы;

— перечень используемого оборудования и приборов;

— схему исследования выпрямителя;

— таблицы наблюдений и расчетов;

— осциллограммы напряжений ;

— внешнюю характеристику;

— ответы на контрольные вопросы;

— краткие выводы.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

Исследование усилителей низкой частоты на микросхеме

Цель работы — экспериментальная оценка свойств усилителя

напряжения с резистивно-емкостной связью.

Пояснения к работе

К основным техническим показателям усилителей относятся: коэффициенты усиления по току Кi, по напряжению KU и по мощности КP; ширина полосы пропускания Df; чувствительность; выходная мощность Pвых; искажения, вносимые усилителем.

Коэффициентом усиления называется величина, показывающая во сколько раз выходной сигнал больше входного.

Коэффициент усиления по напряжению

КU=

или в логарифмических единицах – децибелах (дБ)

КДБ=20 lg (5.2)

Если в усилителе имеется несколько каскадов усиления с коэффициентами К1, К2, …Кn, то коэффициент усиления усилителя

К=К1 · К2 ·К3 ·…Кn (5.3)

или в логарифмических единицах – децибелах (дБ)

КДБ=К1ДБ+К2ДБ+К3ДБ+…+КnДБ (5.4)

В реальном усилителе сигналы разных частот усиливаются по-разному. Зависимость коэффициента усиления от частоты сигнала называется частотной характеристикой. Примерный вид частотной характеристики (рисунок 5.1). На рисунке 5.1:

Кср – максимальный коэффициент усиления;

fв-fн = Df – ширина полосы пропускания;

fв – верхняя граничная частота;

fн – нижняя граничная частота.

Снижение коэффициента усиления в области нижних и верхних частот называется частотными искажениями.

Для оценки свойств усилителя напряжения пользуются так же амплитудными и фазовыми характеристиками усилителя.

На амплитудной характеристике (рисунок 5.2) имеются 3 участка. В нижней части она имеет изгиб, так как собственные шумы усилителя соизмеримы с амплитудой сигнала. В средней части амплитудная характеристика линейна. Это рабочий участок АВ, при работе на нем не будет искажений формы сигнала. В верхней части амплитудная характеристика транзистора имеет изгиб. Если работа усилителя идет на изогнутых участках (внизу или вверху) амплитудной характеристики, то в выходном сигнале появляются нелинейные искажения.

Фазовые искажения возникают из-за наличия в усилителе реактивных элементов. К фазовым искажениям ухо человека не чувствительно, поэтому их в УНЧ не учитывают.

Многокаскадные усилители переменного напряжения с резистивно-емкостной связью часто выполняют на интегральных микросхемах. Для получения таких усилителей используют интегральные микросхемы серий К118, К123, К140, К175, К224, К237, К272 и др.

На рисунке 5.3, а, б приведен двухкаскадный усилитель и схема его включения на микросхеме серии К118.

Следует иметь в виду, что в интегральных микросхемах отсутствуют конденсаторы связи, входные и выходные разделительные конденсаторы, поэтому помимо входных и выходных выводов, выводов для подключения источников питания микросхемы снабжают выводами для подключения конденсаторов связи. На рисунке 5.3, а показана схема усилителя напряжения с резистивно-емкостной связью на интегральной микросхеме К118УН1В. Усилитель содержит 2 транзистора, 7 резисторов и представляет собой 2х каскадный усилитель на транзисторах типа n-р-n.

Задания и методические указания к выполнению работы

Задания

1.Собрать схему усилителя на микросхеме согласно рисунку 5.4 не подключая конденсатор СЗ.

2. Установить по вольтметру блока БП на пределе "+15В" напряжение 12,6 В.

3. Подключить схему к гнездам "+15 В", "0", "Um" на блоке БП.

4.Изменяя входной сигнал от 0 до ограничения выходного сигнала, снять с помощью осциллографа амплитудную характеристику Uвых =φ(Uвх) на частоте 2000 Гц и вычислить коэффициент усиления усилителя КU. Показания снять по маске осциллографа и занести в таблицу 5.1.

5.Подключить в схему конденсатор СЗ емкостью 10 мкФ и также снять амплитудную характеристику на частоте 2000 Гц; вычислить коэффициент усиления КU. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 4.9.

6.Установить входной сигнал напряжением, равным половине значения сигнала, при котором начинается ограничение, снять с помощью осциллографа частотную характеристику усилителя Ku=φ(f). Данные измерений занести в таблицу 5.1.

7.По данным измерений построить амплитудную и частотную характеристики усилителя.

Рисунок 5.1

Рисунок 5.2

Рисунок 5.3

Оборудование и приборы

1.Блок ПГ устройства лабораторного К 4826.

1.1Блок питания ПГ +"15В", "0" пределы регулирования 5,5÷12 В; 0,1А.

1.2 Генератор сигналов ГС ( 0 5 В, 20 20000 Гц).

1.3Вольтметр 0 30В для измерения стабилизированных напряжений.

2. PV1- прибор комбинированный 43101.

3.PV2 прибор комбинированный Ц4342.

4. PS1- осциллограф малогабаритный ОМШ-ЗМ (42В, 50 Гц).

5.Блок питания осциллографа КЭФ -8 (40В).

6.DA1-микросхема К118УН1В.

7.С1- конденсатор 10 мкФ; С2- конденсатор 0,1 мкФ; СЗ — конденсатор 10мкф (47 мкФ).

8.R1- резистор 22 кОм.

Схема исследования усилителя

Рисунок 5.4

Методические указания

1.Напряжение Uвх (входной сигнал) может быть измерено PV1 – прибором комбинированным 43101 (на пределе «0,075 В» = 75 мВ). Напряжение Uвых (выходной сигнал) может быть измерено PV2-Ц4342 (на пределе измерения «1В»).

2.К п.4. На вход усилителя с блока ГС (генератора сигналов) подается напряжение синусоидальной формы не более 30 мВ частотой 1000 Гц.

Установить:

— ручку генератора переключателем в положение 10-1;

-ручку плавной регулировки в крайнее левое положение;

-ручку установки частоты в положения 103;

-ручку плавной регулировки частоты в крайнее левое положение.

3. К п.6. При снятии частотной характеристики установить входной

сигнал 0,015В =15 мВ. Определить выходное напряжение Uвых и коэффициент усиления КU при частотах f — 20, 200, 2000, 20000 Гц.

Внимание! При измерении входного сигнала переключатель входного делителя напряжения канала "Y" должен быть установлен в положении "max". При измерении напряжения на нагрузке переключатель должен быть установлен в положении 3 В/дел

Таблица 5.1

—   

Таблица 5.2

Контрольные вопросы

1.Какие основные показатели характеризуют усилительный каскад?

2.Почему в интегральных микросхемах отсутствуют конденсаторы связи и разделительные конденсаторы?

3.Какие характеристики используют для оценки свойств усилителя напряжения с резистивно-емкостной связью?

4.Какое влияние оказывает емкость СЗ на коэффициент усиления на нижних и верхних частотах?

Содержание отчета

Отчет должен содержать:

-наименование и цель работы;

-перечень используемого оборудования и электроизмерительных приборов;

-схему иcследования усилителя;

— задания;

-таблицу с экспериментальными данными;

-амплитудно-частотные характеристики;

-ответы на контрольные вопросы;

— выводы.

Лабораторная работа 6

Исследование транзисторного ключа

Цель работы — анализ работы и экспериментальное подтверждение

инвертирующего действия транзисторного ключа

Пояснения к работе

В вычислительной технике для большинства операций используется двоичная система счисления, имеющая всего две значащие цифры 0 и 1, которые могут быть представлены разными уровнями потенциала. Например, 0 можно представить как отсутствие потенциала (нулевой потенциал на выходе или на входе схемы либо настолько низкий, что им можно пренебречь), а 1 – как потенциал высокого уровня. Такая форма представления сигналов информации, называемая также цифровой, позволяет наиболее экономно и быстро их обрабатывать.

Для построения схем цифровой техники используют алгебру логики, основными операциями которой являются:

— логическое отрицание (инверсия) – “НЕ”;

— логическое умножение (конъюнкция) – “И”;

— логическое сложение (дизъюнкция) – “ИЛИ”;

Одна из возможных схем элемента «НЕ», реализующего логическое отрицание показана на рисунке 6.1.

Схема представляет собой транзисторный ключ на биполярном транзисторе. При логическом 0 на входе элемента на его выходе должна появиться логическая 1, а при логической 1 на входе – на выходе будет логический 0. Нагрузочный резистор Rк включен в коллекторную цепь транзистора с заземленным (общим) эмиттером. Входной управляющий сигнал поступает на базу транзистора в виде чередующихся уровней напряжения U1 и U2, обеспечивающих разомкнутое или замкнутое состояние ключа (рисунок 6.3).

Транзистор работающий в ключевом режиме характеризуется двумя состояниями. Первое состояние определяется точкой А1 на выходных характеристиках транзистора, его называют режимом отсечки. В режиме отсечки ток базы Iб = 0, коллекторный ток Iк1 равен начальному коллекторному току, а коллекторное напряжение Uк = Uк1 » Eк (рисунок 6.3). Режим отсечки реализуется при отрицательных потенциалах базы.

Второе состояние определяется точкой А2 и называется режимом насыщения. Он реализуется при положительных потенциалах базы. При этом ток базы, так как сопротивление эмиттерного перехода мало, определяется в основном сопротивлением резистора Rб, т. е. Iб2 = Uвх/ Rб. Коллекторный переход также открыт, и ток коллектора Iк2 » Eк / Rк, а коллекторное напряжение Uк2 » 0.

Из режима отсечки в режим насыщения транзистор переводится воздействием положительного входного напряжения. При этом повышению входного напряжения (потенциала базы) соответствует понижение выходного напряжения (потенциала коллектора), и наоборот. Такой ключ называют инвертирующим (инвертором). На рисунке 6.4 показаны временные диаграммы, иллюстрирующие процессы в транзисторе при включении и выключении ключа.

Задания и методические указания к выполнению работы

Задания

1.Изучить принцип работы транзисторного ключа.

2.Собрать схему (рисунок 6.5).

3.Установить необходимое напряжение питания на блоке БП, а затем подключить схему к гнездам “+15В”, “0”, ”Um”.

4.Установить на блоке ГС переключатель формы сигналов в положение

5.Подать на вход схемы сигнал прямоугольной формы амплитудой 3 В длительностью 1мс.

6.Подключить осциллограф к входным зажимам. Зарисовать осциллограмму входного напряжения.

7.Подключить осциллограф к выходным зажимам транзисторного ключа. Зарисовать осциллограмму выходного напряжения.

8.Измерить с помощью маски осциллографа входное и выходное напряжения ключа и сравнить их значения с измеренными вольтметром.

Методические указания

В п.5. Установить частоту развертки 1кГц, делитель напряжения

канала «Y» в положение 3В/дел, установить внутреннюю синхронизацию. Установить диапазон частот сигналов 200¸2000 Гц (длительность 1мс), амплитуду прямолинейных импульсов 3В.

2.В п. 6, 7 Осциллограммы входного и выходного напряжений зарисовать в виде временных диаграмм подобно рисунку 6.4

Рисунок 6.3 Рисунок 6.4

Рисунок 6.5

Оборудование и приборы

1.Блок ПГ устройства лабораторного К4826.

1.1Блок питания БП («0» +»15В»).

1.2.Генератор сигналов ГС (0÷5В, 2020000 Гц).

2.Осциллограф малогабаритный ОМШ-3П (42В, 50 Гц).

3. Блок питания осциллографа КЭФ-8 (40В).

4.VТ1- транзистор КТ315 А.

5.R1- резистор 2,2 кОм.

6.R2- резистор 1 кОм.

7.R3- резистор 4,7 кОм.

8.С1- конденсатор 3300 пФ.

9.РV1- прибор комбинированный Ц 4342.

Контрольные вопросы

1. Назовите основные логические элементы.

2. Какая логическая операция может быть реализована транзисторным ключом?

3. Какими режимами характеризуется транзистор, работающий в ключевом режиме?

4.Охарактеризуйте назначение всех элементов схемы исследования ключа (рисунок 6.5).

5.Почему исследуемый транзисторный ключ называется инвертирующим?

Содержание отчета

Отчет должен содержать:

-наименование и цель работы;

-перечень используемого оборудования;

-схему исследования транзисторного ключа;

-задания;

-зарисованные на масштабной сетке осциллограммы входного и выходного напряжений;

-ответы на контрольные вопросы;

-выводы.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 7

Исследование триггера на микросхеме

Цель работы — изучение принципа действия триггера на логических элементах в режиме деления частоты.

Пояснения к работе

Одно из наиболее распространенных импульсных устройств, относящихся к базовым элементам цифровой техники – триггер. Триггером называют устройство, обладающее двумя состояниями устойчивого равновесия и способное скачком переходить из одного состояния в другое под воздействием внешнего управляющего сигнала.

В современной электронике триггеры выполняются в виде микросхем, построенных на основе логических элементов ИЛИ – НЕ, И – НЕ.

Триггеры можно классифицировать по функциональному признаку – RS, D, T, JК и других типов, по способу управления – асинхронные и синхронные.

В синхронных триггерах помимо информационных имеется вход тактовых (синхронизирующих) сигналов и переключение триггера происходит только при наличии тактового сигнала. Синхронный режим работы является основным в ЭВМ, на нем основан принцип действия ряда узлов цифровой техники.

Наибольшее распространение получили статические JK и D – триггеры, выполняемые в виде интегральных микросхем, например К155ТМ2 (2D — триггера), К155ТМ5 (ЧD — триггера), К176ТВ1 (2JK — триггера) и т. д. Как правило, эти микросхемы многоканальные. Несколько триггеров имеют общие выводы питания и некоторые объединенные входы управления. На многотриггерных микросхемах можно самостоятельно проектировать устройства: делители частоты, регистры, память малой емкости.

Исследуемый триггер выполнен на микросхеме К155ТМ2, которая содержит два независимых D – триггера, имеющие общую цепь питания. Функциональная схема и цоколевка (рисунок 7.1, а, б).

Для D-триггера требуется всего четыре внешних вывода: вход данных D, тактовый вход С, два выхода и . D-триггер работает по логике (таблица 7.1). Состояние на выходе триггера соответствует состоянию на входе, но при этом происходит задержка входного сигнала.

Если D-триггер снабдить цепью обратной связи, соединяющий выход со входом D, он станет работать как Т-триггер, т. е. делитель частоты в 2 раза.

На (рисунке 7.2, а, б, в) показаны структурная схема, условное обозначение и осциллограммы D-триггера, работающего в режиме счетчика-делителя на 2.

Рисунок 7.1

Рисунок 7.2

Задания и методические указания к работе

Задания

1.Вычертить таблицу 7.1 для записи результатов исследования триггера.

2.Зарисовать исследуемую электрическую схему (рисунок 7.3).

3.Собрать схему согласно рисунку 7.3.

4.Подключить схему к гнездам «+5В», «Um» блока БП и ГС; на выход схемы подключить осциллограф.

5.Подать на вход схемы сигнал прямоугольной формы частотой 1000 Гц и увеличивать напряжение входного сигнала до появления на выходе импульсов (переключатель «Um» блока ГС в положение «х1»).

6.Зарисовать осциллограмму выходного напряжения и определить амплитуду Uвых и период следования импульсов Т.

7.Вычислить частоту следования выходных импульсов

F = 1/Т. (7.1)

8.Результаты измерений и расчетов занести в таблицу 7.1

9.Сравнить частоты следования входных и выходных импульсов.

10.Ответить на контрольные вопросы.

11.Составить отчет по результатам работы.

Рисунок 7.3 Схема исследования триггера

Оборудование и приборы

1.Блок ПГ устройства лабораторного К4826.

1.1Блок питания ПГ устройства (+ 5В, 0,1 А).

1.2Генератор сигналов ГС (05В, 2020000Гц).

1.3Вольтметр (030В)-для измерения стабилизированных напряжений.

2.С1-конденсатор 0,1мкФ.

3.R1-резистор 10 кОм.

4.R2-резистор 10 кОм.

5.R3-резистор 1,5 кОм.

6.DD1-микросхема К155ТМ2.

7.PS1-осциллограф малогабаритный ОМШ-3М (42В, 50Гц).

8.Блок питания осциллографа КЭФ-8 (40В).

Методические рекомендации

1.При выполнении п.5 переключатель входного делителя напряжения осциллографа установить 1 В/дел.

2.При выполнении п.6 осциллограммы входного и выходного напряжений построить в едином масштабе времени относительно линий нулевого потенциала. Амплитуды входного и выходного напряжений определить по маске осциллографа.

Таблица 7.1

Контрольные вопросы

1.Приведите классификацию триггеров по функциональному признаку и по способу управления.

2.Составьте таблицу логики работы Т – триггеров.

3.Приведите примеры использования триггеров на логических элементах 4.Поясните процесс деления частоты с помощью Т-триггера.

Содержание отчета

Отчет должен содержать:

— наименование и цель работы;

— перечень используемого оборудования;

— схему исследования триггера;

— таблицу с экспериментальными данными;

— осциллограммы;

— ответы на контрольные вопросы;

— выводы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Основная литература:

1.Гальперин, М. В. Электротехника и электроника [Текст] : учеб. для сред. проф. образования / М. В. Гальперин. — Москва : Форум : Инфра-М, 2010. – 480 с.

2.Зайцев, В. Е. Электротехника. Электроснабжение, электротехнология и электрооборудование строительных площадок [Текст] : учеб. пособие для сред. проф. образования / В. Е. Зайцев, Т. А. Нестерова. — 6-е изд., стер. — Москва : Академия, 2009. — 128 с.

3.Лоторейчук, Е. А. Теоретические основы электротехники [Текст] : учеб. для сред. проф. образования / Е. А. Лоторейчук. — Москва : Форум : Инфра-М, 2010. — 320 с.

4.Морозова, Н. Ю. Электротехника и электроника [Текст] : учеб. для сред. проф. образования / Н. Ю. Морозова. — Москва : Академия, 2007. — 256 с.

5.Фуфаева, Л. И. Электротехника [Текст] : учеб. для сред. проф. образования / Л. И. Фуфаева. — Академия : Москва, 2009. — 384 с.

Дополнительная литература:

1.Берикашвили, В. Ш. Электронная техника [Текст] : учеб. пособие для сред. проф. образования / В. Ш. Берикашвили, А. К. Черепанов. — Москва : Академия, 2005. — 368 с.

2Берикашвили, В. Ш. Импульсная техника [Текст] : учеб. для сред. проф. образования / В. Ш. Берикашвили. – Москва : Академия, 2004. — 240 с.

3.Гальперин, М. В. Электронная техника [Текст] : учеб. для сред. проф. образования / М. В. Гальперин. – 2-е изд., испр. и доп. – Москва : ФОРУМ : Инфра-М, 2005. – 352 с.

4. Данилов, И. А. Общая электротехника с основами электроники [Текст] : учеб. пособие для сред. проф. образования / И. А. Данилов, П. М. Иванов. — 4-е изд., стер. — М. : Высшая шк., 2000. — 752 с.

5.Зайцев, В. Е. Электротехника. Электроснабжение, электротехнология и электрооборудование строительных площадок [Текст] : учеб. пособие для сред. проф. образования / В. Е. Зайцев, Т. А. Нестерова. — Москва : Академия, 2001. — 128 с.

6. Лобзин, С. А. Электротехника. Лабораторный практикум [Текст] : учеб. пособие для сред. проф. образования / С. А. Лобзин. — М. : Академия, 2010. — 192 с.

7.Новиков, П. Н. Задачник по электротехнике [Текст] : практикум для нач. проф. образования / П. Н. Новиков, О. В. Толчеев. — 3-е изд., перераб. и доп. — Москва : Академия, 2008. — 384 с.

8.Полещук, В. И. Задачник по электротехнике и электронике [Текст] : учеб. пособие для сред. проф. образования / В. И. Полещук. — Москва : Академия, 2004. — 224 с.

9.Прошин, В. М. Лабораторно-практические работы по электротехнике [Текст] : учеб. пособие для нач. проф. образования / В. М. Прошин. — 4-е изд., стер. — Москва : Академия, 2009. — 192 с.

10.Прошин, В. М. Рабочая тетрадь к лабораторным и практическим работам по электротехнике [Текст] : учеб пособие для нач. проф. образования / В. М. Прошин. – 2-е изд., стер. – Москва : Академия, 2006. – 80 с.

11.Рекус, Г. Г. Лабораторный практикум по электротехнике и основам электроники [Текст] : учеб. пособие для вузов / Г. Г. Рекус, В. Н. Чесноков. — Изд. 2-е, перераб. и доп. — Москва : Высш. шк., 2001. — 255 с.

12.Фуфаева, Л. И. Сборник практических задач по электротехнике [Текст] : учеб. пособие для студ. сред. проф. образования / Л. И. Фуфаева.- М.:Академия, 2010.-288 с.

13.Электротехника и электроника [Текст] : учеб. для сред. проф. образования / ред. Б. И. Петленко. — Москва : Академия, 2003. — 320 с.

Периодические издания

1.Ежемесячный производственно-технический журнал Промышленная энергетика.- Москва, НТФ «энергопрогресс».

2.Ежемесячный производственно-массовый журнал Энергетика.- Москва, НТФ «энергопрогресс».