МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ З ДИСЦИПЛІН

"ОСНОВИ ТЕОРIЇ КIЛ", „ОСНОВИ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ”,

„ТЕОРІЯ ЕЛЕКТРО-РАДІОКІЛ, СИГНАЛІВ ТА ПРОЦЕСІВ В

РАДІОЕЛЕКТРОНІЦІ”

Харків 2007

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО ЛАБОРАТОРНИХ РОБIТ З ДИСЦИПЛІН

"ОСНОВИ ТЕОРІЇ КIЛ", „ОСНОВИ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ”,

„ТЕОРІЯ ЕЛЕКТРО-РАДІОКІЛ, СИГНАЛІВ ТА ПРОЦЕСІВ В

РАДІОЕЛЕКТРОНІЦІ”

для студентів денної та заочної форм навчання за напрямами:

7.090701 Радiотехніка,

6.050902– Радіоелектронні апарати,

6.051004– Оптотехніка,

6.170101– Безпека інформації в комунікаційних системах,

6.170102– Системи технічного захисту інформації,

6.170103– Управління інформаційною безпекою

ЗАТВЕРДЖЕНО

кафедрою Основ радіотехніки

Протокол № від 2007 р

Харків 2007

Методичні вказівки до лабораторних робiт з дисциплін "Основи теорії кiл", "Основи радіоелектроніки", "Теорія електро-радіокіл, сигналів та процесів в радіоелектроніці" для студентів денної та заочної форм навчання за напрямами: 7.090701 Радiотехніка, 6.050902– Радіоелектронні апарати, 6.051004– Оптотехніка, 6.170101– Безпека інформації в комунікаційних системах, 6.170102– Системи технічного захисту інформації, 6.170103 – Управління інформаційною безпекою / Упоряд. Ю.О. Коваль, І.О. Милютченко, В.П. Самченко– Харків: ХНУРЕ, 2007.– с.

Упорядники: Ю.О. Коваль,

І.О Милютченко,

В.П. Самченко

ЗМIСТ

1 ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОСТИХ КІЛ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ 7

Таблиця 1.1 – Значення опорів відповідно номерам макетів 8

9

2 ВЛАСТИВОСТІ ЛІНІЙНИХ ЕЛЕКТРИЧНИХ КІЛ 12

Таблиця 3.1 – Варіанти та параметри схем відповідно номерам макетів 16

4 ДОСЛІДЖЕННЯ ПОСЛІДОВНОГО РЕЗОНАНСНОГО КОНТУРУ 21

Таблиця 4.1– Параметри макетiв 22

5 ДОСЛІДЖЕННЯ ПАРАЛЕЛЬНОГО РЕЗОНАНСНОГО КОНТУРУ 27

6 ДОСЛІДЖЕННЯ ПЕРЕХІДНИХ ПРОЦЕСІВ В КОЛАХ С ДЖЕРЕЛОМ ПОСТІЙНОЇ НАПРУГИ 31

7 ДОСЛІДЖЕННЯ ПЕРЕХІДНИХ ПРОЦЕСІВ В КОЛАХ З ДЖЕРЕЛОМ СИНУСОЇДНОЇ НАПРУГИ 36

8 ДОСЛІДЖЕННЯ АКТИВНИХ RC–ФІЛЬТРІВ 40

Таблиця 8.1– Значення елементів схем фільтрів 41

Тип 41

ФНЧ 41

ФВЧ 41

СФ 41

– виводи і критична оцінка проведених досліджень. 42

9 ДОСЛІДЖЕННЯ ДОВГОЇ ЛІНІЇ 42

Таблиця 10.1 – Значення параметрів штучної лінії для відповідних номерів макетів 49

ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ

Важливу роль в підготовці фахівців за сучасними спеціальностями відіграє вивчення спеціально-орієнтованих дисциплін. До таких дисциплін належать "Основи теорii кiл" (ОТК), „Основи радіоелектроніки” (ОРЕ), „Теорія електро-радіокіл, сигналів та процесів в радіоелектроніці” (ТЕРК). Ці дисципліни відповідають як старим назвам напрямів підготовки бакалаврів (6.051003– Радіоелектронні апарати, 7.160911– Лазерна та оптоелектронна техніка, 6.170102– Інформаційна безпека), так і новим напрямам підготовки, що входять до галузей: 0509– Радіотехніка, радіоелектронні апарати та зв'язок; 0510– Метрологія, вимірювальна техніка та інформаційно–вимірювальні технології; 1701– Інформаційна безпека.

При вивченні спеціально-орієнтованих дисциплін особлива увага приділяється виконанню лабораторного практикуму, що допомагає глибокому розумінню та засвоєнню питань програми курсів ОТК, ОРЕ, ТЕРК.

Мета лабораторного практикуму – підвищення практичної підготовки майбутніх спеціалістів. Основні задачі лабораторного практикуму:

– зв’язати теорію з практикою, експериментально підтвердити основні положення теорії кіл;

– набути навички користування вимірювальними приладами;

– навчитись оформлювати та узагальнювати результати досліджень.

При виконанні лабораторного практикуму кожний студент має виконувати такі правила.

Перед приходом до лабораторії слід виконати домашнє завдання до лабораторної роботи, зміст якого наведений в розділі “Підготовка до лабораторної роботи” в методичних вказівках до кожної лабораторної роботи. Перед його виконанням слід повторити, користуючись конспектом або одним із джерел рекомендованої літератури, необхідні розділи курсу.

Перед виконанням роботи керівник проводить зі студентами співбесіду. Щоб одержати допуск до виконання лабораторної роботи, студент повинен:

– розуміти фізичний зміст явищ, що вивчаються в лабораторній роботі;

– знати схему, за якою проводяться дослідження;

– уявляти результати очікувані дослідом та вміти їх пояснити.

Лабораторні роботи виконуються бригадами з 2–3 студентів під час занять згідно з розкладом. Кожний студент в бригаді повинен вміти змінювати схему, встановлювати режим роботи, знімати покази вимірювальних приладів. Тільки після співбесіди з викладачем студент отримує дозвіл виконувати роботу.

Забороняється вмикати джерела живлення до перевірки схеми викладачем або лаборантом.

Дослідні дані необхідно занотовувати до лабораторного звіту. Розрахунки з використанням експериментальних результатів виконують під час роботи та записують до звіту. Усі фізичні величини наводяться в одиницях СІ.

Робота вважається закінченою після перегляду та затвердження чернетки звіту викладачем.

Після цього студенти повинні ввімкнути усі прилади, розібрати схему і здати робоче місце лаборанту. Звіт про виконання лабораторної роботи кожний студент з бригади оформлює індивідуально на спеціальних бланках або окремих аркушах.

Графіки досліджених залежностей слід виконувати так, щоб на них ясно були помітні експериментальні крапки, криві слід проводити поміж ними, згідно з фізичними закономірностями. Рекомендується, графіки досліджених залежностей виконувати безпосередньо при проведенні експерименту, для чого слід мати з собою міліметровий папір та креслярське приладдя.

Вірність розрахунку слід оцінювати в першу чергу по відповідності отриманих результатів і фізично реальних меж, в яких повинна знаходитись величина, що досліджується.

В стислому висновку повинні бути:

– об’єктивна оцінка отриманих залежностей;

– пояснення впливу елементів схеми що змінюються, на результати експерименту;

– критичне порівняння результатів експерименту та теоретичних положень, пояснення розбіжностей між ними (якщо такі є).

Звіт про виконання роботи подають викладачеві перед черговою лабораторною роботою, а потім кожен студент його захищає індивідуально.

Під час захисту роботи перевіряються:

– вірність оформлення звіту;

– знання теоретичного матеріалу з теми;

– ступінь знайомства з рекомендованою літературою.

Якщо звіт та відповіді на запитання визнані задовільними, студент отримує залік з даної роботи. До наступної роботи студенти допускаються тільки з оформленим звітом з попередньої теми. Семестровий залік з лабораторних робіт виставляють на підставі заліків з усіх виконаних робіт.

Не допускаються до робіт в лабораторії студенти, які: запізнились до початку занять; не захистили дві роботи; не подали звіт з виконаної попередньої роботи; не виконали домашнє завдання. Вчасно не виконані роботи виконуються в додатковий час поза розкладом з дозволу викладача.

При виконанні робіт в лабораторії слід дотримуватись інструкції по техніці безпеки, ознайомлення з якою підтверджується особистим пiдписом студента в журналі викладача.

В цих методичних вказівках описані лабораторні роботи з курсів ОТК, ОРЕ, ТЕРК з таких розділів: основні закони та методи аналізу кіл постійного струму, аналіз простих кіл при синусоїдній дії, вивчення резонансних явищ в коливальних контурах, тощо. До циклу лабораторних занять надходять наступні роботи.

Лабораторна робота 1. Дослідження простих кіл постійного струму.

Лабораторна робота 2. Властивості лінійних кіл.

Лабораторна робота 3. Дослідження кіл синусоїдного струму.

Лабораторна робота 4. Дослідження послідовного резонансного контуру

Лабораторна робота 5. Дослідження паралельного резонансного контуру

Лабораторна робота 6. Дослідження перехідних процесів в колах із постійними джерелами.

Лабораторна робота 7. Дослідження перехідних процесів в колах із синусоїдними джерелами.

Лабораторна робота 8. Дослідження активних RC фільтрів.

Лабораторна робота 9. Дослідження довгої лінії.

Лабораторна робота 10. Дослідження частотних характеристик довгої лінії.

1 Дослідження простих кіл постійного струму

1.1 Мета роботи

Експериментальна перевірка закону Ома та законів Кірхгофа для аналізу електричного режиму кола. Експериментальне визначення параметрів джерел електричної енергії.

1.2 Підготовка до виконання лабораторної роботи

1.2.1 Опрацювати конспект лекцій та літературу [1, с. 14–22, 32–42, 45–61].

1.2.2 Зобразити всі схеми електричних кіл, що досліджуються в роботі. Підготувати таблиці для занесення розрахункових та експериментальних даних з метою їх порівняння.

1.2.3 Записати формули для розрахунків струмів та напруг для кожного із елементів для усіх схем.

1.2.4 В схемі (рис 1.6) виконати перетворення „трикутника” опорів в „зірку” або „зірку” в „трикутник” з метою отримання змішаного з’єднання елементів. Записати формули для розрахунку опорів схеми, отриманих в результаті перетворення. Визначити чисельні значення цих опорів. Значення опорів для макетів з різними номерами, що збігаються з номерами бригад, наведені в табл.1.1.

1.2.5 Відповісти на контрольні запитання, наведені в кінці методичних вказівок до цієї роботи.

1.3 Суть роботи

Схему лінійного електричного кола, що досліджується, складають за допомогою перемичок на лабораторному макеті. В колі вимірюють струми та напруги. За результатами вимірювань визначають параметри реальних джерел електричної енергії та перевіряють слушність основних законів лінійних електричних кіл.

Таблиця 1.1 – Значення опорів відповідно номерам макетів

Номер макета	Опiр, Ом
	R1	R2	R3	R4	R5	R6
1	120	75	390	1000	300	250
2	100	75	250	970	800	400
3	180	100	420	1200	800	400
4	200	75	200	1500	800	320
5	100	120	350	970	750	280
6	250	75	180	1100	480	200
7	120	50	400	1600	720	320
8	150	100	200	950	850	200
9	320	50	310	890	320	290
10	100	75	200	1100	450	310
11	450	100	320	850	750	450
12	150	75	200	1300	380	200
13	100	75	350	820	570	250
14	290	100	250	1000	650	500
15	150	75	400	1200	920	620

1.4 Опис лабораторної установки

Лабораторна установка складається з двох блоків: базового та змінного. Базовий блок містить два джерела живлення (Е1, Е2). Вигляд передньої панелі змінного блоку наведено на рис.1.1. Опори R_А і R_В є змінними, а значення опорів R₁…R₆ наведено в табл.1.1.

Схему кола, що досліджується, складають за допомогою перемичок, які встромлюють в гнізда. Потенціометри R_А і R_В використовують для внутрішніх опорів джерел при їх вимиканні. Потенціометр "E2" дозволяє регулювати величину ЕРС джерела Е2.

1.5 Порядок виконання роботи

1.5.1 Ознайомитись з лабораторним макетом та універсальним цифровим вимірювальним приладом (мультиметром), що дозволяє вимірювати постійні струм і напругу, а також опір.

1.5.2 Встановивши на мультиметрі режим вольтметра, вимірити ЕРС першого джерела Е1. Встановити за допомогою потенціометра максимальне значення Е2 та вимірити його.

1.5.3 Зібрати схему для визначення внутрішнього опору джерел (рис 1.2). Визначити внутрішній опір R_i1 джерела Е1, а далі – R_i2 джерела Е2. В якості опорів навантаження (R_н) вибрати спочатку R2, а потім R4.

Розрахувати за допомогою непрямих вимірювань чисельне значення R_i як

де І – струм, U_н– напруга на опорі навантаження.

Знайдені чисельні значення R_i1 та R_i2 підставити до розрахункових формул для струмів та напруг, які підготовлені в п.1.2.3.

1.5.4 Розрахувати та вимірити опори кіл (рис.1.3). Опір слід вимірювати омметром при відсутності струму в колах.

1.5.5 Для схеми з послідовним з’єднанням елементів (рис.1.4) розрахувати та виміряти струм у колі та напруги на елементах. Порівняти результати розрахунків та вимірів.

1.5.6 Розрахувати струми в трьох вітках та напругу для схеми з паралельним з’єднанням елементів (рис.1.5). Підключити джерело Е1. Виміряти струми у вітках та напругу між вузлами 1–2.

1.5.7 Розрахувати струм у вітці джерела (рис.1.6), користуючись перетворенням трикутника у зірку або навпаки. Зібрати схему та перевірити розрахунок експериментально.

1.6 Обробка та оформлення результатів вимірів

Порівняти результати розрахунків та вимірів. Пояснити причини їх розбіжності. Результаті розрахунків та вимірів подати у вигляді звіту. Звіт має вміщати:

– схеми кіл що досліджуються;

– розрахункові формули, розрахункові та експериментальні дані, зведені до таблиць;

– висновок, який оцінює отримані результати та причини їх розбіжності з теоретично–розрахованими значеннями.

1.7 Контрольні запитання та завдання

1. Якими приладами вимірюються величина і напрям постійного струму і напруги? Назвіть властивості ідеальних амперметра і вольтметра.

2. Чи залежить вибір позитивного напряму напруги від позитивного напряму струму в пасивних елементах кіл?

3. Які перетворення схеми називаються еквівалентними?

4. Яке з'єднання елементів називається послідовним, паралельним, змішаним?

5. Як зміниться струм у послідовно з'єднаних опорах при включенні реального амперметра?

6. Як зміниться напруга на паралельно з'єднаних опорах при включенні до них реального вольтметра?

7. При послідовному з'єднанні двох опорів загальний опір становить 25 Ом, а при паралельному  6 Ом. Знайти величини цих опорів.

Відповідь: 15 Ом; 10 Ом.

8. В яких випадках доцільно застосовувати перетворення «трикутника» в еквівалентну «зірку» і навпаки?