теория линейных электрических цепей / Rekomendatsii_po_TLETs

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный

университет путей сообщения»

Кафедра «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте»

М.В. Катков, Е.Г. Щербина, Е.А. Архипов

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ДВУХПОЛЮСНИКОВ

Методические указания к лабораторным работам

МОСКВА – 2014

1

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный

университет путей сообщения»

Кафедра «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте»

М.В. Катков, Е.Г. Щербина, Е.А. Архипов

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ДВУХПОЛЮСНИКОВ

Методические указания к лабораторным работам

МОСКВА – 2014

2

УДК

Катков М.В., Щербина Е.Г., Архипов Е.А. Экспериментальное исследование частотных характеристик двухполюсников: Методические указания. – М.: МИИТ, 2013. – ХХХ с.

© Московский государственный университет путей сообщения

(МИИТ), 2014

3

4

5

Общие сведения

Правила поведения

1.После преподавателя студент в лабораторию не допускается.

2.Посещение занятий только по расписанию, приходить по расписанию другой подгруппы или других групп только по предварительному согласованию с преподавателем.

3.Верхняя одежда сдается в гардероб или помещается в пакет.

4.Еду и напитки с собой не приносить, на стенды не ставить.

5.Запрещается включать, переключать, крутить ручки приборов, не использующихся в лабораторной работе.

За нарушение дисциплины студент удаляется с занятия.

Техника безопасности

Так как в лаборатории ведется работа с электричеством, необходимо придерживаться общих правил безопасности при работе с электрическими приборами. Одновременно не касаться проводов, металлических корпусов приборов и стенда.

Общий рубильник, включающий электропитание всей лаборатории, находится при входе за шкафом. При возникновении непредвиденных ситуаций необходимо обесточить все стенды нажатием на большую красную кнопку.

Содержание работ, когда и как сдавать и защищаться

Всего в семестре три лабораторных работы, первая посвящена обучению измерениям при помощи милливольтметра и осциллографа, а также правильной записи результатов измерения. Остальные две посвящены изучению частотных свойств колебательных контуров - последовательного и параллельного.

По результатам выполнения работы оформляется отчет и работа защищается преподавателю. Для защиты необходимо предоставить правильно оформленный отчет и подписанные черновики, подтверждающие самостоятельное выполнение работы. Защита состоит в ответе на вопросы преподавателя по теории и выполнению работы.

До выполнения третьей работы студент допускается только при наличии хотя бы одной защищенной предыдущей.

6

Оформление отчетов

Отчет оформляется полностью вручную в тетради в клетку на 18 листов. Пункты отчета должны полностью соответствовать пунктам в методических

указаниях:

1.Тема работы.

2.Цель работы.

3.Приборы и оборудование.

4.Электрическая схема эксперимента с указанием номиналов элементов.

5.Выполнение работы по пунктам в полном соответствии с методическими указаниями. Текстовые пояснения переписывать в тетрадь не требуется.

6.Выводы по лабораторной работе.

Все графические материалы (схемы, графики) должны выполняться карандашом по линейке. Оси построенных графиков должны быть проградуированы и правильно подписаны с учетом масштаба осей. Допускается наличие не более двух графиков в одних осях.

В первой работе результаты всех непосредственных измерений (считанные с приборов) записываются с учетом погрешности измерения.

Порядок проведения занятия

В начале занятия каждому студенту выдается комплект проводов и методические указания. Перед началом выполнения работы необходимо проверить комплектность получаемого комплекта, в нем должны быть аккуратно уложенные три щупа для подключения измерительных приборов и комплект соединительных проводов.

Для первой работы преподаватель выдает индивидуальные исходные данные для каждого студента (сопротивление резисторов, напряжение источника сигнала), в дальнейшем напряжение источника сигнала используется также в остальных лабораторных работах.

Производимые измерения заносятся в черновик в полном соответствии с пунктами выполнения лабораторной работы, указанными в методических указаниях. Необходимо записывать не только конечный результат измерений и расчетов, но и диапазон измерения измерительных приборов (эти данные необходимы для расчета погрешности измерений).

За 10 минут до окончания занятия электропитание стендов отключается, необходимо выключить измерительные приборы, разобрать схему и аккуратно собрать комплект проводов также аккуратно, как они были свернуты при получении.

Методические указания, комплект проводов по очереди сдать преподавателю, показать черновик выполнения лабораторной работы под роспись.

Лабораторная работа считается выполненной только при наличии подписанного черновика и записи в журнале посещений о выполнении.

7

Порядок включения-выключения стенда

Питание стенда включается нажатием кнопки “Вкл” на небольшой коробочке, расположенной справа на стенде (с надписью ABC0). Включать только после проверки схемы преподавателем! Приборы включаются нажатием соответствующих переключателей на панелях.

Перед выключением стенда сначала необходимо выключить приборы, затем питание стенда нажатием на кнопку “Выкл”.

Выбор диапазона измерения прибора

Для измерительных приборов существует правило: наибольшая точность измерения достигается, когда стрелка при измерении отклоняется как можно далеьше вправо, но при этом не зашкаливает. То есть диапазон измерения вольтметра и осциллографа необходимо выбирать таким образом, чтобы стрелка прибора (или изображение на экране) отклонялась на как можно больший угол вправо, но при этом не зашкаливала. Поиск диапазона измерения производится путем последовательного переключения диапазонов от больших величин к меньшим.

Внимание! Результаты измерений с неправильно подобранным (неточным) диапазоном измерения являются неверными и их небходимо измерять заново.

Считывание результатов измерений

Милливольтметр PVT-417 имеет две измерительных шкалы - верхняя проградуирована от 0 до 1, нижняя - от 0 до 3. При считывании измеренной величины напряжения верхняя шкала используется, когда величина диапазона измерения кратна 10 (1В, 10В, 0.1В итп). Нижняя шкала используется, когда величина диапазона измерения кратна 3 (3В, 0.3В, 30В итп).

В данном приборе используется зеркальная шкала, поэтому наиболее точное считывание результата измерения будет произведено при совмещении стрелки прибора с ее отражением в зеркале.

При считывании результатов со шкалы осциллографа необходимо помнить, что одному делению шкалы соответствует одна большая клетка на экране. Результат измерения для осциллографа записывается как количество делений (включая дробные части), занимаемое сигналом, умноженные на диапазон измерения соответствующего переключателя (по горизонтали - Time/div, по вертикали - Volts/div).

При измерении напряжения осциллографом ручки плавной регулировки коэффициента отклонения по вертикали (темно-серая ручка внутри переключателя Volts/div) должны быть выведены в крайнее правое положение до щелчка.

8

При измерении временных характеристик сигнала ручка плавной регулировки коэффициента отклонения по горизонтали (SWP VAR) должна быть выведена в крайнее правое положение до щелчка.

Невыполнение данных требований приведет к неверным результатам и измерения необходимо будет переделывать.

Запись результатов измерений

В первой работе запись результатов измерений необходимо производить с учетом погрешности измерительных приборов. Правильная форма записи результатов измерений:

U U изм В

где Uизм - считанное по шкале показание прибора,

- абсолютная погрешность результата измерения.

Единица измерения результата записывается только один раз в конце записи.

Внимание! Точность записи измеренного значения (количество знаков после запятой) должно в точности совпадать с точностью рассчитанной абсолютной погрешности. Если точность погрешности выше точности результата измерения, к значению добавляются нули до совпадения количества знаков после запятой.

Расчет и запись результатов и погрешности необходимо производить в величинах одной степени, например результат и погрешность в вольтах, либо и результат, и погрешность в милливольтах итп.

Правильная запись результата измерения величины 1 В с абсолютной погрешностью 0.03 В:

U 1.00 0.03 В

Для всех приборов в руководстве по эксплуатации задается относительная погрешность измерения прибора на заданном диапазоне измерения. Для правильной записи результатов необходимо рассчитать абсолютную погрешность измерения на заданном диапазоне.

Для милливольтметра относительная погрешность измерения составляет 3% от максимального деления шкалы для выбранного диапазона измерения. Тогда абсолютная погрешность будет рассчитываться по формуле:

(диапазон,В) 1003 В

Например, рассчитаем погрешность измерения для величины 0.5 В, измеренной на диапазоне 1 В, и правильно запишем результат:

Второй пример: величина 0.2 В, диапазон измерения 300 мВ.

300мВ 1003 9 мВ U 200 9мВ

9

Для осциллографа относительная погрешность результатов измерения составляет 3% от максимального деления шкалы как по горизонтальной, так и по вертикальной оси. Абсолютная погрешность для осциллографа с учетом положения переключателя диапазонов измерения и количества делений на экране рассчитывается по формуле:

Для оси напряжения

(всегоделенийповертикали) (диапазон,Volts/div) 1003 В

Для оси времени

(всегоделенийпогоризонтали) (диапазон, time/div) 1003 c

Например, рассчитаем погрешность и правильно запишем результат для измерения напряжения: 3.2 деления, положение переключателя диапазонов Volts/div 0.2 В/дел:

8делений 0.2 В/дел 1003 0.048В U 3.2 0.2 0.640 0.048 В

Аналогично, для оси времени: 5.5 делений, диапазон измерения Time/div 0.1 мс/дел:

10делений 0.1мс/дел 1003 0.03мс t 5.5 0.1 0.55 0.03 мс

Особенности подключения измерительных приборов

“Земляные” выводы входных измерительных щупов милливольтметра ( черный разъем типа “крокодил”) и осциллографа ( черный боковой разъем типа “крокодил”) должны подключаться только в точку схемы, обозначенной как “земля”.

Осциллографические пробники имеют переключаемый делитель напряжения с двумя значениями коэффициента деления 1:1 и 1:10. При выполнении работ необходимо убедиться, что на всех пробниках установлен коэффициент 1:1.

10