Тема заняття: Вивчення програми Electronics Workbench. Дослідження прямих методів вимірювання опорів використовуючи схеми згортання.

1. Після виконання роботи студент повинен:

знати:

- визначення сили струму, напруги, опору в електричному колі;

- закон Ома для кола постійного струму;

- методику прямих вимірів опору постійному струму;

- методику згортання довільно поєднаних опорів в один еквівалентний;

- методику виконання досліджень;

вміти:

- збирати коло постійного струму за запропонованою викладачем схемою;

- виставляти параметри кола;

- користуватися омметром;

мати навички:

- роботи в програмі Electronics Workbench.

1. ПРИЛАДИ ТА ОБЛАДНАННЯ

Набір резисторів, джерело живлення, вимірювальні прилади, з'єднувальні провідники.

Лабораторна робота виконується на комп’ютері. Експериментальна установка модулюється за допомогою програми Electronics Workbench.

3. Інструктаж з техніки безпеки (згідно з інструкцією до виконання лабораторних робіт на ЕОМ)

1. Короткі відомості з теоретичної частини роботи.

Вибір методу вимірювань опору залежить від очікуваного значення вимірюваного опору та необхідної точності вимірів. Головними методами вимірювань опорів постійному струму є непрямий метод, метод безпосередньої оцінки та мостовий метод

Метод безпосередньої оцінки припускає вимір опору постійному струму за допомогою омметра. Омметром називають вимірювальний прилад безпосереднього відліку для визначення електричних активних опорів (активні опори також називають омічними опорами). Звичайний вимір проводиться при постійному струмі, однак, у деяких електронних омметрах можливе використання змінного струму. Різновиди омметрів: мегаомметри, тераомметри, гигаомметри, міліомметри, мікроомметри, що різняться діапазонами вимірюваних опорів.

Вимірювання омметром дає суттєві неточності. З цієї причини даний метод використовують для наближених попередніх вимірювань опорів та для перевірки комутації. На практиці застосовують омметри типу М57Д, М4125, Ф410 та ін. Діапазон вимірюваних опорів даних приладів лежить в межах від 0,1 Ом до 1000 кОм.

Для вимірювання малих опорів, наприклад опорів пайок якірних обмоток машин постійного струму, застосовують мікроомметри типу М246. Ці прилади логометричного типу з оптичним вказівником та спеціальними самозачищуючими щупами. Також для вимірювання малих опорів, наприклад перехідних опорів контактів вимикачів, застосовують контактомери. Для вимірювання опорів обмоток силових трансформаторів, генераторів з достатньо великою точністю застосовують потенціометри постійного струму типу ПП-63, КП-59. Дані прилади використовують принцип компенсаційного вимірювання, тобто падіння напруги на вимірюваному опорі врівноважується відомим падінням напруг

За принципом дії омметри можна розділити на магнітоелектричні - з магнітоелектричним вимірником або магнітоелектричним логометром (мегаомметри) і електронні, які бувають аналогові або цифрові.

Принцип дії електронних омметрів заснований на перетворенні вимірюваного опору в пропорційну йому напруга за допомогою операційного підсилювача. При вимірюванні малих опорів може виникати додаткова похибка внаслідок впливу перехідного опору в точках підключення. Щоб уникнути цього застосовують так званий метод чотирипровідного підключення.

В даній лабораторній роботі всі вимірювання будемо проводити за допомогою програми Electronics Workbench . В якості омметра будемо використовувати мультіметр (При вимірюванні опорів за допомогою цього приладу необхідно пам’ятати, що він одночасно слугує джерелом струму, тобто для точності підрахунків необхідно вимкнути з кола всі джерела ЕРС). Отримані дослідним шляхом опори будемо порівнювати з теоретично обрахованими. Розрахунок складної схеми спрощується, якщо опори в цій схемі заміняються одним еквівалентним опором , і вся схема представляється у вигляді схеми, поданої на рис 1 (де = , а розрахунок струмів і напруг проводиться за допомогою законів Ома й Кірхгофа).

Оскільки опори в електричних колах можуть бути з'єднані послідовно, паралельно, за змішаною схемою й по схемах «зірка», «трикутник», то дослідження будемо проводити в декілька етапів.

Рис 1

Електричне коло з послідовним з’єднанням елементів

При даному з’єднанні елементів через всі елементи кола буде проходити однаковий струм, а падіння напруги всього кола дорівнюватиме сумі напруг на окремих ділянках: . Тоді , або після скорочення на величину сили струму отримаємо кінцеву формулу:

(1)

Рис 2. Таким чином, при послідовному з’єднанні елементів кола загальний
еквівалентний опір кола дорівнює арифметичній сумі опорів окремих ділянок. Отже, коло з будь-яким числом послідовно включених опорів можна замінити простим колом з одним еквівалентним опором (рис.1). Недолік послідовного ввімкнених елементів полягає в тому, що при виході з ладу хоча б одного елемента, припиняється робота всіх інших елементів ланцюга.

Електричне коло з паралельним з’єднанням елементів

Паралельним називають таке з’єднання, при якому всі включені в коло споживачі електричної енергії, перебувають під тим самим напругою (рис.3) (кожен елемент має з сусіднім два спільних вузла). У цьому випадку можна вважати, що вони приєднані до двох вузлів кола а і b, загальний струм всього кола дорівнює алгебраїчній сумі струмів окремих гілок: , а напруги в електричному колі з паралельно з'єднаними опорами , тобто (2)

Рис. 3.

У тому випадку, коли паралельно включені два опори та , вони заміняються одним еквівалентним опором

За паралельно включеною схемою працюють у номінальному режимі споживачі будь-якої потужності, розраховані на однакову напругу. Причому включення або відключення одного або декількох споживачів не відбивається на роботі інших. Тому ця схема є основною схемою підключення споживачів до джерела електричної енергії.

Електричне коло зі змішаним з’єднанням елементів. Змішаним називається таке з’єднання, при якому в колі є групи паралельно й послідовно включених опорів.

Для кола, поданого на рис.4, розрахунок еквівалентного опору починається з кінця схеми. Обраховуючи схему методом поступового згортання можна призвести її до еквівалентної схеми, поданої на рис.1. Якщо, як приклад, для спрощення прийняти, що на вихідній схемі усі опори рівні між собою та дорівнюють , то після підрахунків еквівалентний опір вихідної схеми (мал. 1) буде дорівнювати

Рис.4

З’єднання елементів електричного кола по схемах «зірка» і «трикутник» (самосійне опрацювання)