Введение. Руководство по выполнению базовых экспериментов

Руководство по выполнению базовых экспериментов

ЭПУ.001 РБЭ (903)

Содержание

Введение. 6

1. Описание комплекта типового лабораторного оборудования «Теоретические основы электротехники». 9

1.1. Общие сведения. 9

1.1.1. Компоновка оборудования. 9

1.1.2. Блок генераторов напряжений. 10

1.1.3. Наборная панель. 11

1.1.4. Набор миниблоков по теории электрических цепей и основам электроники. 12

1.1.5. Набор трансформаторов. 13

1.1.6. Блок мультиметров. 13

1.1.7. Ваттметр. 15

1.1.8. Набор миниблоков по теории электромагнитного поля. 15

1.1.9. Набор планшетов для моделирования электрических и магнитных полей. 19

1.1.10. Набор устройств для моделирования поверхностного эффекта и эффекта близости. 20

1.1.11. Коннектор. 21

1.1.12. Порядок работы с виртуальными амперметрами и вольтметрами. 22

1.1.13. Измерение сопротивлений, мощностей и углов сдвига фаз
с помощью виртуальных приборов. 23

1.1.14. Виртуальный осциллограф.. 25

1.1.15. Виртуальный псевдоаналоговый прибор. 27

1.1.16. Виртуальный прибор «Ключ». 28

1.2. Экспериментальная часть. 29

1. Выпрямительные диоды.. 31

1.1. Эффект p-n перехода в диодах. 31

1.1.1. Общие сведения. 31

1.1.2. Экспериментальная часть. 31

1.2. Полупроводниковый однополупериодный выпрямитель. 33

1.2.1. Общие сведения. 33

1.2.2. Экспериментальная часть. 33

1.3. Полупроводниковый мостовой выпрямитель. 36

1.3.1. Общие сведения. 36

1.3.2. Экспериментальная часть. 36

1.4. Неуправляемый выпрямитель трехфазного тока. 39

1.4. Неуправляемый выпрямитель трехфазного тока. 39

1.4.1. Общие сведения. 39

1.4.2. Экспериментальная часть. 39

2. Стабилитроны (диоды Зенера) 42

2.1. Характеристики стабилитрона. 42

2.1.1. Общие сведения. 42

2.1.1. Экспериментальная часть. 42

2.2. Исследование параметрического стабилизатора напряжения. 44

2.2.1. Общие сведения. 44

2.2.2. Экспериментальная часть. 44

2.3. Сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения. 47

2.3.1. Общие сведения………………………………………………………………………………………47

2.3.2. Экспериментальная часть……………………………………………………………………………….47

3. Диоды с особыми свойствами.. 49

3.1. Светодиоды.. 49

3.1.1. Общие сведения. 49

3.1.2. Экспериментальная часть. 49

3.2. Диоды с переменной емкостью (варикапы) 52

3.2.1. Общие сведения. 52

3.2.2. Экспериментальная часть. 52

4. Биполярные транзисторы.. 57

4.1. Испытание слоев и выпрямительного действия биполярных транзисторов. 57

4.1.1. Общие сведения. 57

4.1.2. Экспериментальная часть. 57

4.2. Распределение тока в транзисторе и управляющий эффект тока базы.. 60

4.2.1. Общие сведения. 60

4.2.2. Экспериментальная часть. 61

4.3. Характеристики транзистора. 63

4.3.1. Общие сведения. 63

4.3.2. Экспериментальная часть. 63

4.4. Установка рабочей точки транзистора и исследование влияния резистора в цепи коллектора на коэффициент усиления по напряжению усилительного каскада с общим эмиттером.. 66

4.4.1. Общие сведения. 66

4.4.2. Экспериментальная часть. 66

4.5. Усилители на биполярных транзисторах. 68

4.5.1. Общие сведения. 68

4.5.2. Экспериментальная часть. 68

4.6. Регулятор напряжения (линейный) 72

4.6.1. Общие сведения. 72

4.6.2. Экспериментальная часть. 72

4.7. Регулятор тока. 74

4.7. Общие сведения. 74

4.7.2. Экспериментальная часть. 74

5. Униполярные (полевые) транзисторы.. 76

5.1. Испытание слоев и выпрямительного действия униполярных транзисторов. 76

5.1.1. Общие сведения. 76

5.1.2. Экспериментальная часть. 76

5.2. Характеристика включения затвора полевого транзистора. 78

5.2.1. Общие сведения. 78

5.2.2. Экспериментальная часть. 78

5.3. Управляющий эффект затвора полевого транзистора n-типа. 80

5.3.1. Общие сведения. 80

5.3.2. Экспериментальная часть. 80

5.4. Выходные характеристики полевого транзистора. 83

5.4.1. Общие сведения. 83

5.4.2. Экспериментальная часть. 83

5.5. Усилители на полевых транзисторах. 87

5.5.1. Общие сведения. 87

5.5.2. Экспериментальная часть. 87

6. Тиристоры.. 91

6.1. Диодный тиристор (симистор) 91

6.1.1. Общие сведения. 91

6.1.2. Экспериментальная часть. 91

6.2. Триодный тиристор. 94

6.2.1. Общие сведения. 94

6.2.2. Экспериментальная часть. 94

6.3. Фазовое управление тиристора. 98

6.3.1. Общие сведения. 98

7. Логические элементы.. 101

7.1. Логический элемент AND (И) 101

7.1.1. Общие сведения. 101

7.1.2. Экспериментальная часть. 101

7.2. Логический элемент OR (ИЛИ) 103

7.2.1. Общие сведения. 103

7.2.2. Экспериментальная часть. 103

7.3. Логический элемент NOT (НЕ) 105

7.3.1. Общие сведения. 105

7.3.2. Экспериментальная часть. 105

7.4. Логический элемент NOT AND (И - НЕ) 106

7.4.1. Общие сведения. 106

7.4.2. Экспериментальная часть. 106

7.5. Логический элемент NOT OR (ИЛИ - НЕ) 108

7.5.1. Общие сведения. 108

7.5.2. Экспериментальная часть. 108

8. Операционные усилители.. 110

Введение. 110

8.1. Инвертирующий усилитель. 110

8.1.1. Общие сведения. 110

8.1.2. Экспериментальная часть. 111

8.2. Неинвертирующий усилитель. 114

8.2.1. Общие сведения. 114

8.2.2. Экспериментальная часть. 114

8.3. Операционный суммирующий усилитель. 116

8.3.1. Общие сведения. 116

8.3.2. Экспериментальная часть. 117

8.4. Операционный дифференциальный усилитель. 119

8.4.1. Общие сведения. 119

8.4.2. Экспериментальная часть. 119

8.5. Поведение операционного усилителя в динамике. 123

8.5.1. Общие сведения. 123

8.5.2. Экспериментальная часть. 124

Литература. 128

 

Введение

 

Основными компонентами компьютеризованного варианта комплекта «Теория электрических цепей и основы электроники» являются:

· блок генераторов напряжений;

· наборная панель;

· набор миниблоков;

· набор трансформаторов;

· блок мультиметров;

· коннектор;

· соединительные провода и перемычки, питающие кабели.

….В «ручной» (т.е. некомпьютеризованный) вариант вместо коннектора входит

В зависимости от варианта исполнения в комплект может входить также либо лабораторный стол с выдвижными ящиками и рамой для установки оборудования (стендовый вариант), либо просто настольная рама, которая может быть установлена на любой стол (настольный вариант).

Эти же компоненты наряду с другими входят в комплект «Электротехника и основы электроники»

Комплект типового лабораторного оборудования «Теоретические основы электротехники», кроме перечисленных выше компонентов, содержит:

· дополнительный набор миниблоков для исследования электромагнитных полей;

· набор планшетов для моделирования электрических и магнитных полей;

· набор устройств для исследования поверхностного эффекта и эффекта близости.

В первой главе данного руководства описано устройство составных частей комплекта «Теоретические основы электротехники», даны рекомендации по их использованию и приведены некоторые технические характеристики. В последующих главах описаны базовые эксперименты по разделу «Электрические цепи постоянного тока».

Описание каждого эксперимента содержит

· Общие сведения,

· Экспериментальную часть.

Раздел «Общие сведения» содержит краткое введение в теорию соответствующего эксперимента. Для более глубокого изучения теоретического материала учащемуся следует обратиться к учебникам и компьютерным программам тестирования для проверки усвоения теории и оценки готовности к лабораторно - практическим занятиям.

В разделе «Экспериментальная часть» сформулированы конкретные задачи эксперимента, представлены схемы электрических цепей, таблицы и графики для регистрации и представления экспериментальных данных. В ряде случаев поставлены вопросы для более полного осмысления результатов эксперимента.

Настоящее руководство предназначено для быстрого освоения комплекта преподавателями кафедр и разработки ими необходимых материалов для проведения лабораторного практикума в соответствии с рабочими планами и традициями кафедр. На первом этапе внедрения рассматриваемых комплектов типового лабораторного оборудования в учебный процесс данное руководство или его отдельные фрагменты могут непосредственно использоваться студентами при выполнении лабораторных работ.

Условные обозначения основных элементов электрических цепей приведены в табл. В.1. В табл. В.2 представлены базовые электрические величины и их единицы измерения.

 

Таблица В.1

Наименование элемента	Условное обозначение	Наименование элемента	Условное обозначение
Источники электрической энергии:   источник напряжения (ЭДС) постоянного тока (идеальный)   источник постоянного тока (идеальный)   гальванический элемент или аккумулятор     источник напряжения (ЭДС) синусоидального тока		Проводники электрической цепи:   одиночный   пересекающиеся, несоединенные   пересекающиеся, соединенные
Резисторы:   Постоянный линейный   Переменный линейный   Нелинейный		Выключатели:   однополюсные   двухполюсные
Индуктивности: Линейная   С разомкнутым магнитопроводом   С магнитопроводом		Конденсаторы Общее обозначение   Полярный (электролитический) Нелинейный
Трансформатор		Диоды и тиристоры: Выпрямительный диод   Стабилитрон   Диодный тиристор   Триодный тиристор
Транзисторы: Биполярный     Униполярный (полевой)
Лампы накаливания:   осветительная   сигнальная		Измерительные приборы:   амперметр   вольтметр   ваттметр

 

 

Таблица В.2

Величина	Обозначение	Единица измерения	Другие используемые величины
Заряд	Q	1 К = 1 Кулон	мК
Ток	I	1 А = 1 Ампер	мА, мкА
Напряжение/ЭДС	U/E	1 В = 1 Вольт	мВ, кВ
Сопротивление	R	1 Ом	кОм, МОм
Проводимость	G	1 См = 1 Сименс
Индуктивность	L	1 Гн = 1 Генри	мГн, мкГн
Ёмкость	С	1 Ф = 1 Фарада	мкФ, нФ, пФ

 

 

1. Описание комплекта типового лабораторного оборудования «Теоретические основы электротехники»