II. Информационно-измерительные приборы и устройства 121

1. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКЕ НА СТЕНДАХ 121

Лабораторная работа № 1. Измерение сопротивлений резисторов приборами непосредственной оценки и определение погрешностей, вносимых приборами 121

Лабораторная работа № 2. Исследование простейших измерительных преобразователей тока и напряжения для расширения пределов измерения приборов 125

Лабораторная работа № 3. Измерение электрических величин R, С, L с помощью мостовых схем 140

Лабораторная работа № 4. Электронный счетчик электрической энергии 146

Лабораторная работа № 5. Измерение параметров сигнала с помощью электронных приборов – осциллографа и частотомера 158

2. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО ИНФОРМАЦИОННО- ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКЕ НА ЭВМ 171

Компьютерная лабораторная работа № 1. Измерение сопротивлений резисторов приборами непосредственной оценки и определение погрешностей, вносимых этими приборами 172

Компьютерная лабораторная работа № 2. Исследование простейших измерительных преобразователей тока и напряжения для расширения пределов измерения приборов 177

Компьютерная лабораторная работа № 3. Измерение электрических величин R, С, L с помощью мостовых схем 184

Компьютерная лабораторная работа № 4. Электронный счетчик электрической энергии 188

Компьютерная лабораторная работа № 5. Измерение основных параметров и характеристик широкополосного усилителя 192

Компьютерная лабораторная работа № 6. Исследование блокирования усилительного каскада аппаратуры высокочастотной связи по линиям электропередачи 199

III. Индивидуальные задания 215

1. ДОМАШНЕЕ РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ ПО ОСНОВАМ ЭЛЕКТРОНИКИ 215

2. ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ (КУРСОВАЯ РАБОТА) ПО ДИСЦИПЛИНАМ «ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА» И «ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА-ДАТЧИКИ» 222

Типовое задание «Определение параметров нелинейности усилителя аппаратуры ВЧ связи по ЛЭП на основе аппроксимации его коэффициента усиления и выбор оптимального режима» 229

Типовое задание «Определение степени блокирования и допустимого по блокированию режима усилительного каскада аппаратуры ВЧ связи по ЛЭП» 239

Типовое задание «Определение параметров нелинейности по интермодуляции и блокированию и выбор оптимального режима преобразователя частоты аппаратуры ВЧ связи по ЛЭП» 246

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 254

Введение

В рабочих программах вузов по профессиональным дисциплинам «Информационно-измерительная техника и электроника», «Физические основы электроники», «Электронные приборы и устройства» и «Измерительная техника, датчики» наряду с изучением теории значительное место отводится выполнению лабораторных работ, так как только при оптимальном сочетании теоретических (лекционных) и лабораторных занятий достигается наиболее высокое качество подготовки специалиста.

В практикуме изложен общий порядок подготовки, выполнения и защиты лабораторных работ, а также приведены конкретные теоретические сведения и методические пояснения по лабораторным работам, разработанным в ОмГТУ для студентов вышеуказанных дисциплин и выполняемым как на реальных стендах, так и на ЭВМ.

Разработка и внедрение в учебный процесс компьютерного цикла лабораторных работ, аналогичных по целям и содержанию работам на физических стендах, продиктованы тенденцией создания современных учебно-методичес­ких комплексов (УМК), реализующих новые подходы к организации лабораторных практикумов на основе средств информационных и коммуникационных технологий. Такая тенденция четко просматривается в рекомендациях ГОС ВПО для большинства направлений подготовки в области техники и технологий [1], которые предусматривают ориентирование на сеть распределительных образовательных ресурсов нового поколения с коллективным доступом вуза к единым сертифицированным образовательным ресурсам по сети Интернет. Наибольшая эффективность при этом достигается студентами заочной формы обучения, а также студентами специализированных филиалов, территориально отдаленных от учебного заведения [2].

В пользу компьютерных технологий в [1] отмечается, что затраты на организацию и проведение лабораторных практикумов могут составлять до 80 % всех затрат на подготовку специалистов в области техники и технологий. Понятно, что в условиях резкого уменьшения финансирования учебных заведений первыми страдают учебные лаборатории: оборудование быстро стареет, морально и физически приходит в неработоспособное состояние. Но главное, что традиционные учебные лаборатории не выполняют своей основной функции, состоящей в том, чтобы научить студентов постановке, проведению и обработке результатов инженерных экспериментов. Вместо этого студентам предлагается выполнить заданную последовательность действий по включению и отключению источников питания, записи показаний измерительных приборов, построению графиков.

В то же время, в связи с широким внедрением компьютерных моделирующих систем активно дискутируется вопрос о пользе сохранения традиционной формы выполнения лабораторных работ на физических лабораторных стендах. Предлагается даже полностью отказаться от создания и поддержания дорогостоящих, громоздких, подчас энергоемких и сложных в обслуживании физических лабораторных стендов. Нет сомнения, что компьютерные (виртуальные) лаборатории являются учебным средством 21-го века: теперь можно выполнять эксперименты в домашних условиях на компьютере. Освоение учебного материала происходит намного быстрее, при этом различные работы могут выполняться на одной «установке» – компьютере.

Немаловажным является то, что эксперименты на компьютере намного дешевле, чем эксперименты с реальными элементами и приборами, к тому же виртуальные эксперименты абсолютно безопасны. Кроме того, уменьшается рутинная нагрузка на преподавателя, так как устраняются многократные объяснения одного и того же материала. Виртуальная лаборатория сама укажет студенту на некоторые ошибки и подскажет способ их устранения.

Тем не менее, в [1] подчеркивается, что сохранение физических лабораторных стендов наряду с разработкой и внедрением компьютерных лаборатор-ных практикумов определяется в конечном итоге не сложностью оборудования и объекта изучения и не наличием или отсутствием его математической модели, а лишь стратегией подготовки будущего специалиста: техника, инженера, научного работника, предусматривающей в обязательном порядке обучение технике постановки и проведения инженерного эксперимента. Без этого специалист в области техники и технологий просто не состоится. Ведь ему предстоит создавать исследовательское оборудование для изучения новых физических процессов, лабораторные стенды для оценки качества вновь созданных технических изделий, технологические стенды для заводских приемо-сдаточных испытаний серийной продукции и т. д.

Именно на простых и разнообразных учебных объектах студент должен овладеть умением постановки инженерного эксперимента и грамотно применять это умение в своей практической деятельности при создании новых и более сложных объектов, для которых модельное описание если и существует, то весьма неточное. В этом случае главным в постановке эксперимента является определение или уточнение структуры и параметров математической модели по экспериментальным данным на основе специализированных физических стендов и реального оборудования, т.е. решается задача идентификации структуры или параметров математической модели.

Еще одна особенность действующей системы подготовки специалистов в области техники и технологий состоит в необходимости уделять значительное внимание к таким ее компонентам, как расчетные задания, курсовые работы и проекты, технологические и производственные практики. Как правило, эти виды учебных занятий проводятся по индивидуальным заданиям. Студенты выполняют полученные задания во время, отведенное для самостоятельной работы, при консультационной поддержке преподавателей. Выполняя задания, студенты вынуждены значительную часть времени затрачивать на расчетные и графические работы, которые способствуют развитию таких в целом полезных качеств, как внимательность, аккуратность, терпение, но в малой степени помогают активному практическому освоению учебного материала, т.е. достижению основных целей этих видов учебного процесса. Требуется более активно применять средства компьютерной техники при выполнении расчетных заданий, курсовых работ и проектов с соответствующим изменением характера решаемых задач.

Таким образом, основной особенностью современного технического образования, повышающей его эффективность, является организация учебного процесса на основе комплексного использования всех видов имеющегося в вузе реального исследовательского оборудования, включая как экспериментальные исследовательские стенды, так и моделирующие программные средства на основе компьютерных технологий.

Содержание предлагаемого практикума соответствует вышеизложенным требованиям и рекомендациям.