6 Содержание отчета

6.1 Наименование и цель работы.

6.2 Схемы исследований (рисунки 1.1, 1.2, 1.3).

6.3 Осциллограммы сигналов.

6.4 Результаты измерений и вычислений (таблицы 1.1, 1.2).

6.5 Ответы на контрольные вопросы (по заданию преподавателя).

6.6 Выводы по работе.

7 Контрольные вопросы

7.1 Изобразите кривые переменных напряжений, изменяющихся по различным законам.

7.2 Чему равно общее сопротивление цепи при последовательном соединении двух резисторов, трех резисторов?

7.3 Чему равно общее напряжение цепи при последовательном соединении двух резисторов, трех резисторов?

8 Содержание зачета

Учащийся должен знать ответы на контрольные вопросы. Должен уметь проводить измерения, предусмотренные заданием на работу, анализировать результаты измерений.

9 Литература

9.1 Добротворский, И. Н. Теория электрических цепей / И. Н. Добротворский. – M. : Радио и связь, 1989.–С. 16–26.

9.2 Карлащук, В. И. Электронная лаборатория на IBM PC / В. И. Карлащук. – М. : Солон-Р, 1999.–С. 22–50.

Лабораторная работа № 2

ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕЛИТЕЛЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ

1 Цель работы

1.1 Изучить характеристики резистивных делителей напряжения при различных нагрузках.

1.2 Научиться измерять коэффициент передачи четырехполюсника с помощью осциллографа.

2 Домашнее задание

2.1 Изучить по [9.1], [9.2.] тему “Делители напряжения”.

2.2 Подготовить ответы на вопросы для самопроверки.

2.3 Подготовить бланк отчета (см. раздел 6).

2.4 Решить задачу: рассчитать коэффициент передачи Г-образного делителя напряжения (рисунок 2.1), если R1 = 500+N Ом, где N – номер записи студента в учебном журнале; R2 = 40, 80, 160, 320, 640, 1280, 2560, 5120 Ом. Результаты расчета занести в таблицу 2.2.

Рисунок 2.1 – Г-образный делитель напряжения

3 Вопросы для самопроверки

3.1 Что называется четырехполюсником?

3.2 Дайте схемное изображение четырехполюсника, укажите направление токов и напряжения.

3.3 Дайте определение выходного сопротивления четырехполюсника.

3.4 Что называется коэффициентом передачи четырехполюсника по напряжению?

3.5 Как в общем случае производится расчет коэффициента передачи цепи?

3.6 Дайте определение делителя напряжения.

3.7 Какая зависимость коэффициента передачи делителя напряжения с плавной регулировкой от угла поворота движка в режиме холостого хода?

3.8 Нарисуйте характеристики делителя напряжения с плавной регулировкой при сопротивлении нагрузки R_н = ∞ и при R_н = R_к.

3.9 Объясните, как изменится коэффициент передачи делителя напряжения с плавной регулировкой, если сопротивление нагрузки R_н увеличить; уменьшить.

4 Аппаратное и программное обеспечение

4.1 Рабочая станция локальной сети (персональный компьютер).

4.2 Графический манипулятор мышь.

4.3 Программа Electronics Workbench 5.0.

5 Порядок выполнения работы

5.1 Проверка подготовки учащихся к лабораторной работе по вопросам самопроверки.

5.2 Получить инструктаж по технике безопасности.

ВНИМАНИЕ! Аккуратно обращайтесь с персональным компьютером и его периферийными устройствами. Соблюдайте требования эргономики. Проверьте наличие заземления устройств.

5.3 Запустить программу Electronics Workbench 5.0.

5.4 Собрать схему проведения исследований (рисунок 2.2). Необходимый элемент из библиотек программы переносится из каталога на рабочее поле движением мыши при нажатой левой кнопке, после чего кнопка отпускается. После того, как все необходимые элементы будут вызваны из библиотек, производится соединение их выводов проводниками.

Для соединения необходимо нажать левую клавишу манипулятора мышь в точке соединения в момент появления стрелки. Удерживая клавишу, перемещать манипулятор мышь по коврику. Отпустить клавишу необходимо в момент появления другой точки в нужном месте соединения. Появляющаяся линия – подтверждение правильности соединения. Аналогично включить остальные элементы схемы.

Рисунок 2.2 – Схема для исследования Г-образного делителя напряжения

В данной схеме используются:

G – генератор сигнала – (генерирует сигналы различной частоты и длительности синусоидальной, треугольной и прямоугольной форм);

Осц. – осциллограф – для наблюдения формы сигналов на входе и выходе;

V1, V2 – вольтметры (показывают действующее значение напряжения).

5.4.1 Первый канал осциллографа соединить с входом делителя напряжения, второй канал соединяется с выходом делителя (точка Д на рисунке. 2.2). Эту линию соединения (на рисунке 2.2 – линия (1)) выделить другим цветом, для чего два раза щёлкнуть левой клавишей манипулятора мышь на линию и в раскрывшемся окне выбрать другой цвет; нажать “OK”, окно закроется, цвет линии поменяется.

5.4.2 Установить значения R1 согласно п. 2.4 данной лабораторной работы, R2 = 40 Ом. Чтобы установить значение элемента, надо два раза щелкнуть левой клавишей манипулятора мышь на изображение элемента и поменять его значение в раскрывшемся окне; нажать «OK», окно закроется, значение элемента изменится.

5.4.3 Установить в вольтметрах режим измерения переменного тока. Для чего щелкнуть манипулятором мышь два раза на изображение элемента и в раскрывшемся окне выбрать режим (Mode) – АС (переменный ток).

5.5 Исследовать делитель напряжения.

5.5.1 Щелкнуть два раза на изображение генератора. Установить режим генерации синусоидальных импульсов, нажав на соответствующее изображение в раскрывшемся окне лицевой панели генератора.

5.5.2 Установить частоту (frequency) равной 2 кГц, амплитуду (amplitude) 10В, длительность импульса (duty cycle) 50 % от периода, постоянную составляющую (offset) сигнала на выходе генератора равной нулю.

5.5.3 Щелкнуть два раза на изображение осциллографа, чтобы открыть изображение лицевой панели данного прибора.

5.5.4 Включить режим анализа схемы, щелкнув манипулятором мышь на изображение включателя, расположенного в правом верхнем углу панели инструментов.

5.5.5 Щелкнуть на изображение Expand лицевой панели осциллографа. Наблюдать временные диаграммы входного и выходного сигналов на расширенном экране.

5.5.6 Нажать манипулятором мышь надпись Pause на панели инструментов, остановив анализ построения программой временных диаграмм или отключить формирование сигналов, нажав левой клавишей манипулятора мышь на изображение выключателя в правом верхнем углу окна.

5.5.7 Щелчками манипулятора мышь установить на лицевой панели осциллографа переключателем «Время на деление» (Time base) – время, соответствующее наблюдению двух или трех периодов колебания.

5.5.8 Установить переключателем «Вольт на деление» (V/div) масштаб по оси амплитуд в первом (Channel A) и втором (Channel В) каналах – 10 V/div.

5.5.9 Записать в таблицу 2.1 значение входного напряжения – показания вольтметра V1; размах входного напряжения – определить на экране осциллографа.

5.5.10 Изменяя величину сопротивления резистора R2 от 40 до 5120 Ом снимать значение выходного напряжения – показания вольтметра V2 и размах изображения выходного напряжения на осциллографе (сигнал выделен другим цветом) для всех значений R2. Полученные данные занести в таблицу 2.2.

Таблица 2.1 – Результаты измерений входного напряжения Г-образного делителя напряжения

Входное напряжение Uвх , В	Входное напряжение (размах на экране осциллографа), клетки

Таблица 2.2 – Результаты измерений выходного напряжения Г-образного делителя напряжения

R2, Ом	Uвых,В	Выходное напряжение (размах изображения на осциллографе), клетки	К (рассчитан по формуле в домашнем задании)	К (рассчитан через показания вольтметра V2)	К (рассчитан через размах изображения на осциллографе)
40
80
160
320
640
1280
2560
5120

5.5.11 Рассчитать коэффициент передачи для всех значений R2 по показаниям вольтметра V2:

K = U_вых/U_вх

5.5.12 Рассчитать коэффициент передачи для всех значений R2 по величине размаха изображения на экране осциллографа:

K = клетки(вых)/клетки(вх)

5.6 Исследовать делитель с плавной регулировкой (R_к).

5.6.1 Собрать схему, представленную на рисунке 2.3. В качестве R_к используется резистор с переменным сопротивлением. Положение движка переменного резистора устанавливается при помощи специального элемента – стрелочки-регулятора.

Рисунок 2.3 – Схема для исследования делителя напряжения

с плавной регулировкой

5.6.2 Установить сопротивление резистора R_к = 6400+10N Ом, где N – номер записи студента в учебном журнале, для чего щелкнуть манипулятором мышь на изображение данного резистора. В раскрывшемся окне установить: сопротивление резистора Resistance, равное R_к, начальное положение движка (в процентах) Setting =0 %, что соответствует положению наибольшего сопротивления, т. е. отношение r/R_к =1, шаг приращения (в процентах) Increment = 10 %. Изменять положение движка можно при помощи клавиши-ключа, которая имеется напротив параметра Key (по умолчанию клавиша R). Для изменения положения движка необходимо нажать клавишу-ключ. Для увеличения значения положения движка необходимо одновременно нажать Shift и клавишу-ключ, для уменьшения – клавишу-ключ.

5.6.3 Установить сопротивление резистора R2 = 0,1R_к.

5.6.4 Включить режим анализа схемы, затем выключить. Снять значения выходного напряжения – показания вольтметра V2. Занести полученные данные в таблицу 2.3.

5.6.5 Изменить сопротивление резистора R_к нажатием клавиши-ключа, т. е. установить сопротивление 10 % от сопротивления резистора R_к, что соответствует отношению r/R_к = 0,9. Снять показания вольтметра V2. Занести полученные данные в таблицу 2.3. Проделать данный пункт для значений сопротивления 20 %, 30 %, 40 %, 50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, 100 % от R_к, т.е. для r/R_к = 0,8, 0,7, 0,6, 0,5 и т. д.

5.6.6 Отключить резистор R2 от схемы, для чего удалить линию, которая соединяет резисторы R2 и R_к (на рисунке 2.3 – линия (1)). Делитель при этом будет работать в режиме холостого хода, т. е. R_н = ∞.

5.6.7 Повторить п. 5.6.5 для делителя, работающего в режиме холостого хода. Занести полученные данные в таблицу. 2.3.

5.6.8 Рассчитать коэффициент передачи K = U_вых/U_вх.

Построить графики зависимостей К = f(r/R_к) при R_н = ∞ и при R_н = 0,1R_к в одной системе координат.

Таблица 2.3 – Данные о выходном напряжении делителя напряжения с плавной регулировкой

r/Rк	При Rн = ∞		При Rн = 0,1Rк
	U2, В	К		U2, В	К
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0

5.7 Показать результаты выполнения работы преподавателю.

5.8 Выключить оборудование.

5.9 Составить отчет по работе.