2. Задания на экспериментальные исследования и методика их выполнения на лабораторном стенде

Все схемы собираются на наборном поле стенде моноблока «Электрические цепи и основы электроники».

Задание 1. Исследовать работу компенсатора напряжения.

1.1. Измерить напряжение Uх компенсатором напряжения.

1. Собрать схему рис.2.1. =E1=15В; R1= 10 кОм; R2 – выбирается по варианту задания; R3 –потенциометр; PV0 – цифровой мультиметр в режиме измерения постоянного напряжения, служим индикатором компенсации напряжений; PV1 – вольтметр постоянного тока – используется для регистрации компенсирующего напряжения Uк.

2. Установить сопротивление резистора R2 по вариантам, согласно табл.2.1.

Для установки требуемого сопротивления использовать последовательное и параллельное соединение минимодулей резисторов из комплекта стенда. Например, чтобы получить сопротивление 6,5 кОм, необходимо соединить параллельно два резистора с сопротивлением по 10 кОм и к ним последовательно соединить резистор с сопротивлением 1,5 кОм.

Таблица 2.1.

Вариант	1	2	3	4	5	6
R2, кОм	10	1.5	6,5	5	6	2,5

а) б)

Рис. 2.1. Схема измерения напряжения:

А) - нулевым методом и б) - методом непосредственного отсчета

3. Рассчитать теоретически напряжение Ux по формуле Uxт = Е1R2/(R1+R2).

4. Нарисовать схему в отчет. Включить питание стенда. Уравновесить схему резистором R3 до достижения Vo≈0 и записать в отчет результат измерения Uк=______.

Согласно нулевого метода измерения Uк≈=Uх

5. Рассчитать погрешность измерения напряжения нулевым методом по формуле

1.2. Измерить напряжение Uх методом непосредственного отсчета (вольтметром).

1. Собрав схему на рис. 2.1б. Нарисовать схему в отчет. Записать в отчет результат измерения Ux1=___ и посчитать погрешность измерения

.

2. Сделать вывод о погрешности измерения нулевым методом.

Задание 2. Исследовать работу компенсатора тока.

2.1. Измерить ток Iх методом непосредственного отсчета (амперметром pa1).

1. Собрать схему рис.2.2а. =E1=15В, R1– выбирается по варианту задания из табл. 2.2., PA1 цифровой амперметр стенда, R_A =10 Ом служит для увеличения внутреннего сопротивления амперметра.

Таблица 2.2

Вариант	1	2	3	4	5	6
R1, Ом	68	82	100	47	120	75

а) б)

Рис. 2.2. Схема измерения тока:

А) - методом непосредственного отсчета и б) - нулевым методом.

2. Нарисовать схему в отчет. Включить питание, измерить ток Iх₁ и записать в отчет Iх_{1=____}.

3. Рассчитать теоретически ток I_ХТ по формуле I_ХТ = Е1/R2, т.е. считаем, что амперметр обладает нулевым внутреннем сопротивлением R_A=0 и погрешности при измерении тока не создает.

4. Рассчитать погрешность измерения

.

2.2. Измерить ток Iх нулевым методом.

1. Собрать схему компенсатора тока, рис.2.2б. =E1=15В; =E2=-15В; R1 – выбирается по варианту задания из табл.2.2.; R2 – потенциометр, PA1 цифровой амперметр стенда, R_A =10 Ом служит для увеличения внутреннего сопротивления амперметра; PV0 – цифровой мультиметр в режиме измерения постоянного напряжения – служим индикатором компенсации.

2. Включить питание стенда. Уравновесить схему резистором Rк до достижения U_o ≈ 0 и записать в отчет результат измерения тока Iк=______.

Согласно нулевого метода измерения Iк≈=Iх

3. Рассчитать погрешность измерения тока компенсационным методом по формуле

.

4. Сделать вывод о погрешности измерения нулевым методом.

Задание 3. Исследовать работу четырехплечного моста постоянного тока.

3.1. Снять зависимость разбаланса моста от величины сопротивления R2 – Uаб = F(R₂/10кОм).

Собрать схему рис.2.3а. Еоп=15В, R_2.1=5 кОм – образован параллельным соединением двух резисторов по 10 кОм, R_2.2 = 10 кОм - переменный резистор, R1=Rх=10кОм; R3=R4= 10кОм. Vо – вольтметр постоянного напряжения (PV1) его внутреннее сопротивление Rv=15 кОм.

Нарисовать схему в отчет. Рассчитать R₂₀ – сопротивление при котором мост находится в состоянии равновесия, используя выражение (1.7).

Включить питание источника. Резистором R_2.2 произвести балансировку моста и добиться условия Uаб≈0.

Задать абсолютные приращения +R₂=100 Ом (для этого, не изменяя регулировок, последовательно с R₂.₁ и R_2.2 включить резистор 100 Ом); вычислить (R₂₀±ΔR₂(кОм))/10 и относительное приращения δ_%=+R₂/R₂, измерить Uаб и все записать в отчет в табл.2.3.

Вернуться к исходной схеме без добавочных резисторов.

Повторит аналогичные измерения и расчеты при +R₂=220 Ом=(100+120) Ом; и +R₂=330 Ом.

Повторить аналогичные измерения и расчеты при -R₂=100 Ом. Для этого резистор 100 Ом включить последовательно с R₁. Вычислить относительные приращения δ_%, измерить Uаб и все записать в отчет в табл.2.3.

Повторит аналогичные измерения и расчеты при -R₂=220 Ом; и -R₃=330 Ом.

Для каждого приращения сопротивления зафиксировать показания индикатора Uаб, и занести в табл.2.3.

Таблица 2.3.

(R20±ΔR2(кОм))/10	0,97	0,98	0,99	1,0	1,01	1,02	1,03
δ%	-3	-2	-1	0	1	2	3
Iи (мкА)				0

Построить графики Uаб = F(R₂/10кОм) и Uаб = F(δ_%).

а)	б)
Рис. 2.3a. Мостовая схема измерения сопротивления

3.2. Измерить сопротивление резистора Rx по вариантам табл.2.4.

Собрать схему рис.2.3б. Еоп=15В, R2 = 1,5 кОм – переменный резистор, R3=R4= 10кОм. R1=Rx - R1– выбирается по варианту задания из табл. 2.4. и собирается из двух сопротивлений соединенных последовательно, например, сопротивление 1,33 кОм можно получит если соединить последовательно 1кОм и 330 Ом , Vо – вольтметр постоянного напряжения (PV1) его внутреннее сопротивление Rv=15 кОм.

Нарисовать схему в отчет. Включить питание источника. Резистором R₂ произвести балансировку моста, до достижения показаний вольтметра, равного нулю (V₀=0).

Отсоединить резистор R₂ от соседних элементов схемы и мультиметром измерить величину его сопротивления и результат записать в отчет Rxи. Измерить точные значения резисторов R3 и R4 и записать в отчет.

Рассчитать значение . За R₂ принять значение равное Rxи.

Таблица 2.4

Вариант	1	2	3	4	5	6
Rx, (кОм)	1,33	0,68	1	0,8	0,48	1,15

Вычислить погрешность расчета по формуле:

где – измеренное мостовым методом значение неизвестного сопротивления;

–значение сопротивления, измеренное точно с помощью мультиметра, или известное заранее.