Elektronika laboratorium

Pomiary elektryczne sprawozdanie

Wstęp

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z podstawowymi przyrządami pomiarowymi, niezbędnymi w każdej pracowni elektronicznej, oraz z zasadami pomiarów właściwości podstawowych elektronicznych elementów biernych. Zostały zmierzone następujące elementy: rezystor, kondensator, oraz termistor. W tym celu niezbędne było zapoznanie się z właściwościami wybranych elementów, gdyż w przypadku kondensatorów elektrolitycznych bardzo ważne jest zachowanie odpowiedniej polaryzacji przy ich podłączaniu do układu, w przeciwnym wypadku zakończy się to uszkodzeniem kondensatora. Również przekroczenie dopuszczalnego napięcia w przypadku każdego typu kondensatora skończy się jego uszkodzeniem. W przypadku rezystorów i termistora niezbędne było obliczenie maksymalnego dopuszczalnego prądu, na podstawie mocy elementu. W przypadku rezystorów i termistorów znajdujących się w laboratorium, dopuszczalna moc admisyjna wynosi 250mW. Końcowym elementem ćwiczenia było zapoznanie się z pomiarami oscyloskopem cyfrowym za pomocą oscyloskopu i generatora funkcyjnego.

• Podczas ćwiczenia korzystano z następujących przyrządów pomiarowych:

• Uniwersalny przyrząd laboratoryjny Metex MS-9160

• Zasilacz stabilizowany, regulowany Unima 5121

• Multimetr stołowy 34405A

• Oscyloskop cyfrowy Agilent DS03062A

Teoria niezbędna do prawidłowego przeprowadzenia ćwiczenia

Poprawny pomiar napięcia jest jednym z pośrednich sposobów wyznaczenia rezystancji. Sposób ten stosowany jest przy pomiarach małych rezystancji, gdyż dołączenie woltomierza (którego rezystancja wewnętrzna Rv >> Rx oraz Rv dąży do \infty) w tym układzie wprowadzi pomijalnie małe odchylenia wartości pomiarowej - pominie napięcia odłożone na amperomierzu. Polega on na dokonaniu pomiaru z pomocą woltomierza i amperomierza włączonych do układu w taki sposób, że dokonujemy pomiaru napięcia "rzeczywistego" odkładającego się na oporniku, a jedynym zakłóceniem jest to, że amperomierz wskazuje prąd przepływający nie tylko przez rezystor ale i upływający na woltomierzu. Dlatego też, wykorzystując prawo Ohma, musimy uwzględnić że prąd Ix przepływający przez rezystor zależy od dwóch wartości - prądu Ix płynącego przez rezystor i prądu Iv płynącego przez woltomierz

Poprawny pomiar prądu jest jednym z pośrednich sposobów wyznaczenia rezystancji. Sposób ten stosowany jest przy pomiarach dużych oporności, gdyż w takim przypadku dołączenie amperomierza (którego rezystancja wewnętrzna Ra << Rx oraz Ra dąży do 0) w takim układzie wprowadzi niezmiernie małe odchylenia wartości pomiarowej prądu - pominie prądy płynące przez woltomierz. Polega on na dokonaniu pomiaru z pomocą woltomierza i amperomierza włączonych do układu w taki sposób, że dokonujemy pomiaru prądu "rzeczywistego" przepływającego przez opornik, a jedynym zakłóceniem jest to, że woltomierz wskazuje napięcie odkładające się nie tylko na rezystorze ale i na amperomierzu. Dlatego też, wykorzystując prawo Ohma, musimy uwzględnić że napięcie Ux rezystora zależy od dwóch wartości - napięcia Uv odłożonego na woltomierzu i napięcia Ua odłożonego na amperomierzu:

Napięcie elektryczne – różnica potencjałów elektrycznych między dwoma punktami obwodu elektrycznego lub pola elektrycznego. Symbolem napięcia jest U. Napięcie elektryczne jest to stosunek pracy wykonanej podczas przenoszenia ładunku elektrycznego między punktami, dla których określa się napięcie, do wartości tego ładunku. Jednostką napięcia jest V (wolt), a symbolem U.

Prąd elektryczny jest uporządkowanym ruchem ładunków elektrycznym, można też nazywać go natężeniem czyli gęstością ładunków elektrycznych przepływających przez przekrój przewodnika w jednostce czasu. Oznacza się go symbolem I, a jednostką prądu jest A (amper).

Rezystancja (opór elektryczny, opór czynny, oporność[1], oporność czynna) – wielkość charakteryzująca relacje między napięciem a natężeniem prądu elektrycznego w obwodach prądu stałego. W obwodach prądu przemiennego rezystancją nazywa się część rzeczywistą zespolonej impedancji. Zwyczajowo rezystancję oznacza się symbolem R. Jednostką rezystancji w układzie SI jest om, którego symbolem jest Ω. Rezystancję określa się wzorem:

Indukcyjność określa zdolność obwodu do wytwarzania strumienia pola magnetycznego Φ powstającego w wyniku przepływu przez obwód prądu elektrycznego I. Oznaczana jest symbolem L. Jednostką indukcyjności jest henr (H). Ze strumieniem indukcji magnetycznej Φ i natężeniem prądu I związana jest wzorem:

Każda zmiana strumienia obejmowanego przez obwód, także tego wytworzonego przez ten obwód, wywołuje powstanie siły elektromotorycznej indukcji

Tę właściwość obwodów nazywa się samoindukcją. Zatem indukcyjność ma wpływ na wartość siły elektromotorycznej indukcji.

Pojemnością elektryczną odosobnionego przewodnika nazywamy wielkość fizyczną C równą stosunkowi ładunku q zgromadzonego na przewodniku do potencjału  tego przewodnika. Symbolem pojemności jest C, natomiast jednostką F (farad)

Moc elektryczna to praca jaką wykonuje energia elektryczna w jednostce czasu. Jednostką mocy w układzie SI jest wat. W obwodach prądu stałego, gdzie odbiornikiem jest rezystancja moc opisuję się prostym wzorem P=U*I. Natomiast w przypadku prądu zmiennego czy przemiennego, moc dzieli się na czynną lub bierną, zależnie od odbiornika. Jeśli odbiornikiem nadal jest rezystancja, opisuje się ją podobnie jak w przypadku prądu stałego, lecz w przypadku odbiorników gromadzących energię, jak cewka czy kondensator, dodatkowo definiujemy moc bierną.

Energia elektryczna prądu elektrycznego to energia, jaką prąd elektryczny przekazuje odbiornikowi wykonującemu pracę lub zmieniającemu ją na inną formę energii. Energię elektryczną przepływającą lub pobieraną przez urządzenie określa iloczyn natężenia prądu płynącego przez odbiornik, napięcia na odbiorniku i czasu przepływu prądu przez odbiornik

Zużycie energii elektrycznej w technice mierzone jest w kilowatogodzinach (kWh). Urządzeniem do pomiaru zużycia energii elektrycznej jest licznik energii elektrycznej.

W obwodach prądu przemiennego wyróżnia się moc a co za tym i idzie energię czynną, bierną i pozorną.

Energię zużytą przez urządzenie oblicza się mnożąc jego moc przez czas jego pracy. Moc jest wyrażana w kilowatach (kW) lub w watach (W), a 1 kW = 1000 W. Przykładowo, jeśli czajnik zasilany napięciem 230 woltów, pobiera prąd o natężeniu 10 amperów, to jego moc wynosi 2300 W. Im większa jest moc urządzenia, tym więcej zużywa energii elektrycznej w jednostce czasu. Moc, jaką urządzenie pobiera podczas swojej pracy, jest podawana przez producenta w instrukcji obsługi (dane techniczne), na tabliczce znamionowej lub etykiecie energetycznej urządzeń (moc znamionowa).

Ponieważ, w niektórych przypadkach jednostki wielkości elektrycznych mogą być zbyt duże, lub zbyt małe, stosuje się przedrostki czyli mnożniki. W elektronice najczęściej wykorzystywane przedrostki to:

• Piko, oznaczane literą „p”, mnożnik x10^-12

• Nano, oznaczane literą „n” mnożnik x10^-9

• Mikro, oznaczane literą „µ” mnożnik x10^-6

• Mili, oznaczane literą „m” mnożnik x10^-3

• Kilo, oznaczane literą „k” mnożnik x10³

• Mega, oznaczane literą „M” mnożnik 10⁶

Dla uniknięcia uszkodzenia rezystorów i termistora, niezbędne jest wyznaczenie maksymalnej mocy jaką można uzyskać na konkretnym elemencie. Znając moc admisyjną rezystora z danych katalogowych, należy skorzystać ze wzoru:

P=U*I

Następnie korzystając z prawa oma, przekształcić powyższy wzór do postaci:

$I = \sqrt{\frac{P}{R}}$

Uzyskujemy w ten sposób maksymalny prąd którego nie możemy przekroczyć podczas wyznaczania charakterystyk prądowo napięciowych.

Pomiary:

Pomiar rezystancji

Została zmierzona rezystancja pięciu losowych rezystorów, wyniki zostały zestawione w tabeli

Rezystor 1 tolerancja ±5%
Wartość odczytana
10 Ω

Odczytany kod paskowy z rezystora 1: brązowy, czarny, czarny, złoty.

Rezystor 2 tolerancja ±5%
Wartość odczytana
220 Ω

Odczytany kod paskowy z rezystora 2: czerwony, czerwony, brązowy, złoty.

Rezystor 3 tolerancja ±5%
Wartość odczytana
560 Ω

Odczytany kod paskowy z rezystora 3: zielony, niebieski, brązowy, złoty.

Rezystor 4 tolerancja ±1%
Wartość odczytana
8,20 kΩ

Odczytany kod paskowy z rezystora 4: szary, czerwony, czarny, brązowy, brązowy.

Rezystor 5 tolerancja ±5%
Wartość odczytana
62 kΩ

Odczytany kod paskowy z rezystora 5: niebieski, czerwony, czarny, złoty.

Pomiar pojemności

Pomiar pojemności dokonany został na pięciu losowych kondensatorach, dane z pomiarów zamieszczono w tabeli

Kondensator 1 tolerancja ±10%
Wartość odczytana
27 pF

Kod odczytany z kondensatora 1: 279 Km

Kondensator 2 tolerancja ±10%
Wartość odczytana
200pF

Kod odczytany z kondensatora 2: 208 Km

Kondensator 3 tolerancja ±0.5%
Wartość odczytana
4,7 µF

Kod odczytany z kondensatora 3: 4,7uF fD

Kondensator 4 tolerancja ±0.5%
Wartość odczytana
180 nF

Kod odczytany z kondensatora 3: 180n fD

Kondensator 5 tolerancja ±10%
Wartość odczytana
5,1 nF

Wyznaczanie prądowo – napięciowej charakterystyki rezystora

Rezystor 560 Ω
U[V]
I[mA]
Rs=U/I
Rd=∆U/∆I

Pomiar charakterystyki prądowo – napięciowej termistora

Termistor 22 kΩ
U[V]
I[mA]
Rs=U/I [kΩ]
Rd=∆U/∆I [kΩ]

Pomiary oscyloskopem

Przebieg trójkątny
Napięcie skuteczne
30,53 mV

Przebieg sinusoidalny
Napięcie skuteczne
41,04mV

Przebieg prostokątny
Napięcie skuteczne
51,89mV

Analiza i opracowanie wyników

Dane techniczne przyrządów pomiarowych

• Metex ms-9160

1) Częstościomierz

• Zakresy pomiarowe:

Kanał A i B: 5Hz-100MHz

Kanał C: 100MHz – 1.3GHz

• Napięcie wejściowe:

Kanał A i B: 70mV RMS dla sygnału sinusoidalnego lub 100mVp

Kanał C 35mV RMS dla sygnału sinusoidalnego lub 70mVp

• Maksymalne napięcie wejściowe

Kanały A, B i C: 3V

• Impedancja wejściowa

kanały A i B: 1MΩ

kanał C: 50MΩ

• Tłumienie sygnału wejściowego

tylko kanał A: 1 lub 1/10 (-20dB)

• Podstawa czasu

kanały A, B i C: przełączana przełącznikiem

• Rozdzielczość

kanały A, B i C: f >100MHz 10Hz/0,1s, 1Hz/1s, 0,1Hz/10s f

2) Generator funkcyjny:

• Generowane przebiegi:

• sinus,

• prostokąt,

• trójkąt,

• sinus ukośny,

• zbocze,

• piłokształtny,

• impulsowy,

• prostokątny TTL

• Częstotliwość: 1Hz do 10MHz w siedmiu zakresach

• Zewnętrzne napięcie regulacji: 0 - 10V DC (maksymalne napięcie wejściowe: ±15V)

• Amplituda sygnału wyjściowego:

• 200mVp-p do 20Vp-p bez obciążenia,

• 100mVp-p do 10Vp-p przy obciążeniu 50Ω.

• Tłumienie -20dB

• Zakres zmiany częstotliwości 20:1 lub więcej

• Zakres regulacji symetrii 3:1 lub więcej

• Zakres zmiany składowej stałej maks. ±10V DC

• Przebieg sinusoidalny – zniekształcenia <1% (1kHz), Równomierność amplitudy ±0,3dB (do 100kHz)

• Przebieg prostokątny -błąd symetrii mniej niż ±3% (dla 1kHz) -czas narastania i opadania mniej niż 150ns (dla 1kHz)

• Przebieg trójkątny -błąd liniowości mniej niż 1% (aż do 100kHz) mniej niż 5% (100kHz do 2MHz)

• Wyjście TTL -czas narastania i opadania mniej niż 30ns (1kHz) -poziom wyjściowy >3V

• Przemiatanie częstotliwości (sweep)

• okres przemiatania 20ms do 2s

• wewnętrzne tryby przemiatania liniowy; logarytmiczny

• zakres przemiatania więcej niż 100:1

• przemiatanie zewnętrzne z wejścia VCF

Zakres	Zakres częstotliwości	Częstotliwość maksymalna
x1	1Hz -10Hz	10Hz
x10	10Hz - 100Hz	100Hz
x100	100Hz-1kHz	1kHz
x1k	1kHz -10kHz	10kHz
x10k	10kHz –100kHz	100kHz
x100k	100kHz –1MHz	1MHz
x1M	1MHz -10MHz	10MHz

3) Zasilacz stałoprądowy (DPS)

Gniazda wyjściowe	47	45	46
Napięcie wyjściowe	0-30V	5V	15V
Prąd wyjściowy	0-2A	2A	1A
Poziom tętnień	1mV	2mV	2mV
Współczynnik stabilizacji (obciążeniowy)	0,2%+5mV	0,1%+70mV	0.1%+35mV
Współczynnik stabilizacji (napięciowy)	0.1%+5mV	0.1mV+30mV	0.1%+30mV
Prąd wyjściowy (maksymalny)	2A/3A (ograniczanie)	2.2A (odcięcie)	1.2A (odcięcie)
Wyświetlacz z podświetlaniem	3 ½ cyfry LCD, przełączany odczyt V lub A	Sygnalizacja LED	Sygnalizacja LED

Aby uniknąć uszkodzenia zasilacza, nie należy:

• zwierać zacisków wyjściowych "+" i "-" zasilacza.

• obciążać wyjścia 46 opornością mniejszą niż 2,5Ω, a wyjścia 47 mniejszą niż 15Ω.

4) Multimetr

Najważniejsze dane techniczne:

• Wyświetlacz ciekłokrystaliczny LCD 3 3/4 cyfry, podwójny odczyt, linijka analogowa, podświetlenie

• Wybór funkcji i zakresu przełącznik obrotowy i przyciski

• Pomiar względny maks. odczyt: 3999

• Impedancja wejściowa 10MΩ

• Maksymalny prąd wejściowy AC/DC 20A (przez maks. 15 min.)

• Częstotliwość odświeżania odczytu 10 razy na sekundę

• Temperatura pracy 0°C do 40°C

• Temperatura składowania -10°C do 50°C

• Temp. gwarantowanej klasy dokładności +23°C ± 5°C

• Zasilanie 9V typu 6F22

• Zasilacz Unitra Unima typ 5121

Dane techniczne
Zasilanie
Pobór mocy
Impedancja wyjściowa mierzona przy f = 10kHz i 100kHz
. Prąd wyjściowy dla stabilizatora +6V
Prąd wyjściowy dla stabilizatora ±20V

• Multimetr Agilent 34405A

Najważniejsze dane krytyczne odczytane z panelu przedniego:

• Wejście V, Ω, test diod – maksymalne napięcie 1000V

• Wejście Ω4W Sense/ratio ref – maksymalne napięcie 200V]

• Wejście I – maksymalny prąd 3A RMS, zabezpieczone bezpiecznikiem 3A, oraz 7A

Pozostałe dane techniczne:

Pomiary DC
Zakresy pomiaru napięcia
100 mV
1 V
10 V
100 V
1000 V

Pomiar AC
Funkcja
True RMS, pomiar napięcia AC
True RMS, pomiar prądu

Pomiar częstotliwości
Funkcja
Pomiar częstotliwości, okresu

• Oscyloskop Agilent DS03062A

• Maksymalna mierzona częstotliwość: 60MHz, dla dwóch kanałów jednocześnie: 500MSa/s

• Ilość kanałów: 2

• Pamięć: 4kpts

• Próbkowanie w czasie rzeczywistym: przy aktywnym jednym kanale 1GSa/s dla dwóch kanałów jednocześnie: 500MSa/s

• Próbkowanie w czasie ekwiwalnentnym: 50GSa/s

• Komunikacja z urządzeniami peryferyjnymi (komputer, pamięć masowa, generator funkcyjny): USB2.0, RS232

• Wyświetlacz: LCD TFT 320x240 px

• Przetwornik: 8bit

• Impedacja wejściowa: 1MΩ, 13pF

• Maksymalne napięcie wejściowe: 300 Vrms

• Czułość: 5ns/div – 50ns/div

Zabezpieczenia w przyrządach pomiarowych

W multimetrach zabezpieczone są wejścia wysokoprądowe w postaci bezpiecznika rurkowego, w razie przekroczenia maksymalnej wartości mierzonego prądu, następuje przepalenie bezpiecznika, co zabezpiecza urządzenie przed uszkodzeniem. Dodatkowo multimetr Agilent 34405A zabezpieczony jest przez błędnym podpięciem przewodów, w postaci sygnalizacji dźwiękowej, co zabezpiecza miernik oraz mierzony element w przypadku próby mierzenia napięcia z przewodami wpiętymi w gniazdo amperomierza. Każe urządzenie pomiarowe zabezpieczone jest od strony sieci elektrycznej bezpiecznikiem topikowym rurkowym.

W przypadku zasilacza w uniwersalnym urządzeniu pomiarowym METEX, wyjścia zasilacza zabezpieczone są w przypadku wyjścia regulowanego, ogranicznikiem prądowym, a w przypadku wyjść stało napięciowych, przy przekroczeniu dopuszczalnego prądu następuje automatyczne odcięcie wyjścia. Są to tak zwane bezpieczniki automatyczne. Również zasilacz Unima 5121 posiada zabezpieczenia nadprądowe, ograniczające prąd w przypadku przeciążenia lub zwarcia. W pozostałych przypadkach należy zachowywać szczególną uwagę, gdyż wejścia woltomierzy, częstościomierzy czy oscyloskopów nie są w żaden sposób zabezpieczone, w razie popełnienia błędu istnieje wysokie prawdopodobieństwo uszkodzenia przyrządu, lub elementu mierzonego.

Maksymalne mierzone wartości na poszczególnych zakresach w oscyloskopie

Maksymalne napięcie możliwe do mierzenia oscyloskopem, określa się przez pomnożenie zakresu w postaci napięcia na podziałkę (V/div) razy ilość podziałek.

Ilość podziałek wynosi 8, więc na poszczególnych zakresach maksymalne napięcie mierzone wynosi:

• 2mV/div – 16mV

• 5mV/div – 40mV

• 10mV/div – 80mV

• 20mV/div – 160mV

• 50mV/div – 400mV

• 100mV/div – 800mV

• 200mv/div – 1.6V

• 500mV/div – 4V

• 1V/div – 8V

• 2V/div – 16V

• 5V/div – 50V

• 10V/div – 80V

Maksymalne zakresy zmieniają się w zależności od wybranego mnożnika w oscyloskopie i na sondzie pomiarowej. Podane wartości są słuszne dla mnożnika x1. Dodatkowo, najczęściej wykorzystywanym mnożnikiem jest x10, pozostałe to:x5, x50, x100, x1000.

funkcje regulacyjne poszczególnych przełączników i podstawowe zasady obsługi oscyloskopu analogowego i cyfrowego

Na zdjęciu pokazany jest oscyloskop Agilent używany do pomiarów podczas ćwiczenia. Podstawowe funkcje regulacyjne to:

• Regulacja zakresu V/div , wykonywana za pomocą dwóch pokręteł o nazwie „Vertical”, oddzielnie dla kanału A i B.

• Regulacja podstawy czasu, wykonuje się ją za pomocą dużego pokrętła „Horizontal” w górnym lewym rogu panelu

• Regulacja pozycji podstawy czasu w osi x, odbywa się za pomocą mniejszego pokrętła „Horizontal”

• Regulacja pozycji podstawy czasu w osi Y odbywa się za pomocą pokręteł umieszonych pod pokrętłami „Vertical”

• Synchronizacja odbywa się za pomocą pokrętła „trigger”, służy do regulacji miejsca wyzwalania sygnału, w przypadku, gdy sygnał jest niezsynchronizowany i „skacze” po ekranie oscyloskopu.

Oscyloskopy cyfrowe i analogowe w obsłudze nie różnią się znacznie, co pozwala na łatwą obsługę obu typów oscyloskopów. Różnica polega jedynie na dodatkowych możliwościach jakie dają oscyloskopy cyfrowe.

Na ekranie oscyloskopu analogowego, możemy obserwować jedynie sygnał w czasie rzeczywistym, wszelkie wielkości elektryczne jak napięcie, okres, częstotliwość należy obliczać samodzielnie na podstawie ilości podziałek, podstawy czasu i wybranego zakresu. Po podłączeniu sondy oscyloskopowej do badanego elementu należy wyregulować podstawę czasu i zakres, tak alby cały obraz badanego sygnału zmieścił się na ekranie, w razie braku synchronizacji, należy dostroić oscyloskop za pomocą funkcji trigger.

W przypadku oscyloskopu cyfrowego, wygląda to bardzo podobnie, jednak tu nie trzeba obliczać wartości elektrycznych, gdyż wszystkie parametry sygnału są wyświetlane na ekranie oscyloskopu po wybraniu odpowiedniej funkcji. Dodatkowe możliwości jakie daje oscyloskop cyfrowy to:

• badanie kilku sygnałów,

• zapamiętanie przebiegu i oglądanie jego fragmentów,

• wykonanie operacji matematycznych na badanym sygnale np: uśrednienie sygnału, obliczenie wartości skutecznej sygnału, dodawanie i odejmowanie dwóch różnych sygnałów, całkowanie i różniczkowanie przebiegów, a w niektórych przypadkach zastosowanie Szybkiej Transformaty Fouriera (FFT) pozwala na oglądanie widma badanego przebiegu,

• współpraca w urządzeniami zewnętrznymi takimi jak: komputer osobisty typu PC, drukarka ploter, itp.,

• pomiar i wyświetlenie parametrów sygnału takich jak: wartość chwilowa, wartość międzyszczytowa, czas trwania okresu, czasy narastania i opadania zboczy, częstotliwość, szerokość impulsu itp

• możliwość zastosowania oscyloskopu w rozbudowanych układach pomiarowych, sterowanie oscyloskopu z zewnątrz poprzez interfejsy IEC-625 lub RS-232.

Rodzaje sygnałów uzyskiwanych z generatora. Minimalne i maksymalne wartości częstotliwości i amplitudy. Regulacja składowej stałej – offset.

W przypadku generatora użytego podczas ćwiczenia 1 w laboratorium możliwe do uzyskania kształty sygnałów to:

• sinus,

• prostokąt,

• trójkąt,

• sinus ukośny,

• zbocze,

• piłokształtny,

• impulsowy,

• prostokątny TTL

Maksymalna i minimalna częstotliwość wynosi: 1Hz do 10MHz w siedmiu zakresach.

Amplituda sygnału wyjściowego:

• 200mVp-p do 20Vp-p bez obciążenia,

• 100mVp-p do 10Vp-p przy obciążeniu 50Ω.

Składowa stała jest to średnia wartość sygnału elektrycznego. Inaczej składową stałą nazywa się „offset”. Jej regulacja w generatorze funkcyjnym odbywa się za pomocą pokrętła „offset” za pomocą którego możemy zmniejszać lub zwiększać składową stałą generowanego przebiegu.

Pomiar rezystancji metodą techniczną – ograniczenia i błędy

Metoda techniczna pomiaru rezystancji jest praktycznym zastosowaniem prawa Ohma R=U/I

Dla układu poprawnie mierzonego napięcia prąd płynący przez amperomierz jest sumą prądów płynących przez mierzony rezystor i woltomierz.

W układzie poprawnie mierzonego prądu woltomierz mierzy sumę napięć na mierzonym rezystorze i amperomierzu.

Obliczenie prawidłowej wartości rezystancji w każdym z układów wykonujemy uwzględniając odpowiednie poprawki.

W układzie poprawnie mierzonego napięcia jest to poprawka uwzględniająca prąd woltomierza.

Wartość mierzonej rezystancji wynosi:

W układzie poprawnie mierzonego prądu jest to poprawka uwzględniająca spadek napięcia na amperomierzu.

Wartość mierzonej rezystancji wynosi:

1Układ poprawnie mierzonego napięcia

2Układ poprawnie mierzonego prądu

Ze względu na błąd metody technicznej, układ poprawnie mierzonego prądu jest wykorzystywany do pomiaru dużych rezystancji, natomiast poprawnie mierzonego napięcia do pomiaru małych rezystancji

Istnieje pewna graniczna wartość rezystancji mierzonej powyżej której korzystniejszy jest układ z poprawnie mierzonym prądem natomiast poniżej – układ z poprawnie mierzonym napięciem,

jest to tzw. rezystancja graniczna RX gr. Rezystancję graniczną wyznaczamy przyrównują do siebie wartości bezwzględne błędów metody

Błąd graniczny metody technicznej wynosi:

Błąd całkowity metody technicznej:

Na całkowity błąd pomiaru rezystancji metodą techniczną składają się przede wszystkim następujące błędy: − błąd metody, − błędy wskazań mierników wynikające z ich klasy, − błędy wynikające z wpływu warunków wykonywania pomiaru: prądu, napięcia, temperatury, wilgotności, ciśnienia itp. na rezystancję badanego obiektu.

Czteroprzewodowy pomiar rezystancji

3czteroprzewodowy pomiar rezystancji

Przy pomiarach rezystancji bardzo małych, około 1 Ω i mniejszych, istotnym problemem stają rezystancje przewodów połączeniowych i styków.

Rozwiązaniem tego problemu jest czteroprzewodowy pomiar rezystancji. Do jednej pary zacisków I1, I2 (nazywanych prądowymi) mierzonego rezystora dołączony jest obwód prądowy, złoŜony ze źródła zasilania, amperomierza i rezystora regulacyjnego R. Do drugiej pary zacisków U1, U2 (nazywanych napięciowymi) mierzonego rezystora dołączony jest obwód napięciowy, złoŜony tylko z woltomierza. W tym układzie spadki napięcia UP na rezystancjach RP przewodów obwodu prądowego nie wpływają na wynik pomiaru napięcia woltomierzem. PoniewaŜ rezystancja RV woltomierza jest bardzo duŜa, to prąd IV płynący w obwodzie napięciowym jest bardzo mały i spadki napięcia na przewodach łączących woltomierz z mierzonym rezystorem moŜna równieŜ uznać za pomijalnie małe. W tym układzie mierzona jest rezystancja znajdująca się dokładnie pomiędzy zaciskami napięciowymi U1 i U2. Jeśli rezystor RX posiada tylko dwa zaciski, to odpowiednie przewody obwodu prądowego i napięciowego naleŜy dołączyć do tych samych zacisków rezystora RX. Ze względu na wymagane duŜe wartości prądu IX, obwód prądowy zazwyczaj łączy się grubszym przewodem, co zaznaczono na schemacie grubszą linią.

Typoszeregi „E” kondensatorów i rezystorów

Typoszeregi najczęściej wykorzystywanych rezystorów to:

Natomiast klasy tolerancji wynoszą:

 Główne typoszeregi produkowanych kondensatorów, wraz z tolerancją

Typoszereg	Tolerancja	Wartość
E3	50%	10, 22, 47
E6	20%	10, 15, 22, 33, 47, 68
E12	10%	10, 12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68, 82
E24	5%	10, 11, 12, 13, 15, 16, 18, 20, 22, 24, 27, 30, 33, 36, 39, 43, 47, 51, 56, 62, 68, 75, 82, 91

Tabela typoszeregów kondensatorów precyzyjnych E48 (±2%), E96 (±1%), E192 (±0,5%):

E48	E96	E192	E48	E96	E192	E48	E96	E192	E48	E96	E192	E48	E96	E192	E48	E96	E192
1,00	1,00	1,00	1,47	1,47	1,47	2,15	2,15	2,15	3,16	3,16	3,16	4,64	4,64	4,64	6,81	6,81	6,81
		1,01			1,49			2,18			3,20			4,70			6,90
	1,02	1,02		1,50	1,50		2,21	2,21		3,24	3,24		4,75	4,75		6,98	6,98
		1,04			1,52			2,23			3,28			4,81			7,06
1,05	1,05	1,05	1,54	1,54	1,54	2,26	2,26	2,26	3,32	3,32	3,32	4,87	4,87	4,87	7,15	7,15	7,15
		1,06			1,56			2,29			3,36			4,93			7,23
	1,07	1,07		1,58	1,58		2,32	2,32		3,40	3,40		4,99	4,99		7,32	7,32
		1,09			1,60			2,34			3,44			5,05			7,41
1,10	1,10	1,10	1,62	1,62	1,62	2,37	2,37	2,37	3,48	3,48	3,48	5,11	5,11	5,11	7,50	7,50	7,50
		1,11			1,64			2,40			3,52			5,17			7,59
	1,13	1,13		1,65	1,65		2,43	2,43		3,57	3,57		5,23	5,23		7,68	7,68
		1,14			1,67			2,46			3,61			5,30			7,77
1,15	1,15	1,15	1,69	1,69	1,69	2,49	2,49	2,49	3,65	3,65	3,65	5,36	5,36	5,36	7,87	7,87	7,87
		1,17			1,72			2,52			3,70			5,42			7,96
	1,18	1,18		1,74	1,74		2,55	2,55		3,74	3,74		5,49	5,49		8,06	8,06
		1,20			1,76			2,58			3,79			5,56			8,16
1,21	1,21	1,21	1,78	1,78	1,78	2,61	2,61	2,61	3,83	3,83	3,83	5,62	5,62	5,62	8,25	8,25	8,25
		1,23			1,80			2,64			3,88			5,69			8,35
	1,24	1,24		1,82	1,82		2,67	2,67		3,92	3,92		5,76	5,76		8,45	8,45
		1,26			1,84			2,71			3,97			5,83			8,56
1,27	1,27	1,27	1,87	1,87	1,87	2,74	2,74	2,74	4,02	4,02	4,02	5,90	5,90	5,90	8,66	8,66	8,66
		1,29			1,89			2,77			4,07			5,97			8,76
	1,30	1,30		1,91	1,91		2,80	2,80		4,12	4,12		6,04	6,04		8,87	8,87
		1,32			1,93			2,84			4,17			6,12			8,98
1,33	1,33	1,33	1,96	1,96	1,96	2,87	2,87	2,87	4,22	4,22	4,22	6,19	6,19	6,19	9,09	9,09	9,09
		1,35			1,98			2,91			4,27			6,26			9,19
	1,37	1,37		2,00	2,00		2,94	2,94		4,32	4,32		6,34	6,34		9,31	9,31
		1,38			2,03			2,98			4,37			6,42			9,42
1,40	1,40	1,40	2,05	2,05	2,05	3,01	3,01	3,01	4,42	4,42	4,42	6,49	6,49	6,49	9,53	9,53	9,53
		1,42			2,08			3,05			4,48			6,57			9,65
	1,43	1,43		2,10	2,10		3,09	3,09		4,53	4,53		6,65	6,65		9,76	9,76
		1,45			2,13			3,12			4,59			6,73			9,88

podstawowe rodzaje produkowanych i stosowanych rezystorów w układach elektronicznych.

Najczęściej spotykane rezystory można podzielić na:

• Rezystory węglowe, warstwowe,

• Rezystory warstwowe metalizowane,

• Rezystory precyzyjne drutowe,

• Precyzyjne rezystory SMD,

• Drabinki rezystorowe,

• Potencjometry (rezystory o regulowanej rezystancji),

Podstawowe rodzaje produkowanych i stosowanych kondensatorów w układach elektronicznych

• Kondensatory elektrolityczne, dodatkowo dzielą się na:

- aluminiowe, gdzie anodą jest aluminium, warstwą izolacyjną tlenek glinu a katodą jest elektrolit

- tantalowe w których anodą jest spiekany proszek tantalowy o gąbczastej strukturze, izolatorem jest tlenek tantalu a katodą podobnie jak w kondensatorach aluminiowych - elektrolit

• Kondensatory ceramiczne:

- typ 1; Zbudowane z materiału o niskiej stałej dielektrycznej. Charakteryzują si ę małymi stratami oraz wysoką stabilnością w funkcji temperatury, częstotliwości, napięcia i czasu. Produkowane s ą ze ściśle określonym współczynnikiem temperaturowym w zakresie -1500 +150 ppm/K. Zakres ich pojemności jest jednak mocno ograniczony do co najwyżej kilkunastu nanofaradów

- typ 2 (ferroelektryczne); Zbudowane z materiału o wysokiej stałej dielektrycznej. Maj ą znaczną pojemność przy stosunkowo niewielkiej objętości, co jednak okupione jest pogorszeniem wielu parametrów. Charakteryzują si ę niskimi stratami – ESR jest rzędu kilkudziesięciu miliomów

- typ 3 (półprzewodnikowe), Właściwościami podobne s ą do ferroelektryków, tyle że mają jeszcze mniejsze gabaryty. Charakteryzują się odmienną konstrukcją opartą na porowatym spieku podobnie jak w kondensatorach elektrolitycznych tantalowych.

• Kondensatory tworzywowe (foliowe). Klasyczne kondensatory foliowe zbudowane s ą z dwóch wstęg folii aluminiowej przedzielonej warstwą z tworzywa sztucznego stanowią c ą dielektryk. Jednak większość spotykanych na rynku kondensatorów tego rodzaju to tzw. kondensatory metalizowane w których na jednej lub na obu stronach dielektryka naniesiona jest próżniowo cieniutka warstwa metalu stanowiąca okładziny. W oznaczeniu tych kondensatorów występuje litera M. Stosowane tworzywa sztuczne: poliester (PET), poliwęglan (PC), polipropylen (PP), polistyren, siarczek polifenylu (PPS)

• Kondensatory papierowe

• Kondensatory mikowe zbudowane podobnie, jak ceramiczne kondensatory wielowarstwowe. Różnią si ę elektrodami wykonanymi ze srebra,

• Wszystkie typy kondensatorów mogą występować w wersji przewlekanej lub SMD

	Porównanie kondensatorów
	ceramiczne
	Typ1
Zalety	Wysoka stabilność nie tylko w funkcji temperatury ale również częstotliwości napięcia i czasu, najlepsze z popularnych kondensatorów, bardzo niska stratność
Wady	Zakres ich pojemno ści ograniczony do co najwyżej kilkunastu nF
zastosowania	Stosowane w układach wymagających wysokiej stabilno ści przy krytycznych warunkach temperatury np. w układach oscylatorów
pojemności	0.1pF-75nF
Zakres temperatur	-250-+85C
polaryzacja	nie

Dla czego ważna jest polaryzacja kondensatorów elektrolitycznych aluminiowych i tantalowych

Typowe kondensatory elektrolityczne musza być polaryzowane napięciem o określonej biegunowości. Przyłożenie napięcia przekraczającego wartość napięcia nominalnego lub te ż odwrotne podłączenie elektrod powoduje uszkodzenie kondensatora czemu najczęściej towarzyszy eksplozja, a trzeba wiedzie ć że elektrolity wybuchają z hukiem, dymem i „zapachem”. Elektrolity aluminiowe składowane przez dłuższy czas bez napięcia mają znaczny prąd upływu, który jednak po krótkim czasie od podłączenia napięcia zmniejsza si ę do pomijalnej wartości

Zasada pomiaru napięcia stałego i zmiennego multimetrem Aglient 34405

Przed wykonaniem pomiaru, należy ustawić funkcję multimetru na pomiar napięcia AC lub DC zależnie od tego które z tych napięć chcemy mierzyć, oraz wpiąć przewody w gniazdo oznaczone jako V oraz w masę, a następnie przyłożyć sondy pomiarowe do badanego elementu, np. do elektrod rezystora. W opisywanym multimetrze, nie ma potrzeby wybierania zakresów, gdyż przyrząd robi to automatycznie. Należy zawsze uważać, aby nie mierzyć napięcia z przewodami wpiętymi do amperomierza.

1. Charakterystyki I=f(U) Badanego rezystora i termistora. Rezystancję statyczną i dynamiczną mierzonych elementów w funkcji prądu

2. Zależność mocy wydzielającej się w elemencie, od napięcia dla mierzonego rezystora i termistora

Wykresy te mają charakter paraboliczny, nie można ich uznać za liniowe w odniesieniu do całości wykresów. Jednak w przypadku obu elementów, biorąc pod uwagę tylko pewną część charakterystyki, można uznać ją za liniową.

Oznaczania, w tym kody barwne, do określania wartości rezystorów i kondensatorów

W tabelce poniżej pokazany jest kod paskowy stosowany przy znakowaniu rezystorów. Ważne jest „czytanie” rezystora od odpowiedniej strony, w innym przypadku odczytana rezystancja będzie znacznie się różnić od rzeczywistej. Dodatkowo trzeba dodać, że:

• pasków lub kropek jest trzy, cztery lub sześć;

•   jeśli jest ich trzy, to wszystkie trzy oznaczają oporność, a tolerancja wynosi +/- 20 %;

•   jeśli jest ich cztery, to trzy pierwsze oznaczają oporność, a czwarty tolerancję;

•   jeśli jest ich sześć, to jest to opornik precyzyjny i trzy pierwsze cyfry oznaczają oporność, czwarty mnożnik, piąty tolerancję, szósty temperaturowy współczynnik rezystancji (ten pasek może znajdować się na samym brzegu opornika);

•   pierwszą cyfrę oznacza pasek bliższy końca, a między mnożnikiem i tolerancją jest czasem większy odstęp;

•   oporniki wyższych klas dokładności posiadają dodatkowy trzeci pasek cyfr

Odczytywanie rezystorów SMD odbywa się podobnie jak w przypadku kondensatorów, jednak tu zera liczymy w przód, np. 203 to 20000R = 20k = 20000Ω.

Odczytywanie kondensatorów:

Odczytywanie większości kondensatorów jest bardzo łatwe, gdyż w dużej części oznaczane są rzeczywistą wartością liczbową np. 4.7uF, 6300uF, 10pF, lub 2n2 = 2.2nF, .1F= 100nF itd. Pozostałe przypadki jak i tolerancje zostały pokazane w tabelkach

W przypadku elementów SMD jak i kondensatorów o niewielkich gabarytach kodowanie wygląda w następujący sposób pokazany poniżej, zera liczymy w tył, np. 203 oznacza 0.0002 F

Ustalić (udowodnić) rodzaj badanego termistora (NTC, PTC?).

Rodzaje termistorów:

• NTC – o ujemnym współczynniku temperaturowym (ang. negative temperature coefficient) – wzrost temperatury powoduje zmniejszanie się rezystancji;

• PTC – (pozystor) o dodatnim współczynniku temperaturowym (ang. positive temperature coefficient), wzrost temperatury powoduje wzrost rezystancji;

Wraz ze wzrostem mocy wydzielanej na badanym termistorze, zwiększała się jego temperatura, a rezystancja malała. Na podstawie tego, można uznać że był to termistor NTC.

Technologia SMD

SMD - Surface Mounted Devices, elementy wykonane w tej technologii charakteryzują się niewielkimi wymiarami, maja płaskie obudowy i końcówki lutownicze w formie kołnierzy obejmujących końce obudowy. Ze względu na niewielkie fizyczne rozmiary elementów końcówki lutownicze są duże w porównaniu do rozmiaru obudowy. Przeznaczone są do montażu powierzchniowego w technologii SMT.

Proces montażu:

Z wyjątkiem szczególnych przypadków, takich jak prace serwisowe, konstrukcje amatorskie, produkcja prototypowa i jednostkowa, montaż powierzchniowy przebiega automatycznie i odbywa się w następujących etapach:

• pola lutownicze (miejsca przewidzianego lutowania, tzw. pady) pokrywane są pastą lutowniczą w której skład wchodzi topnik oraz mikroskopijne kulki lutu cynowego

• na płytce rozmieszczane są elementy elektroniczne (komponenty)

• jeśli płytka jest dwustronna, komponenty na pierwszej stronie są przyklejane przy pomocy kropli kleju (4) nakładanej przed rozmieszczeniem komponentów

• istnieje też możliwość, że po obu stronach płytki stosowana jest pasta lutownicza

• płytka drukowana z nałożonymi elementami trafia do pieca, w którym pasta lutownicza i cyna roztapia się tworząc spoiwo lutownicze

• po wyjściu z pieca i obniżeniu temperatury następuje zakrzepnięcie spoiwa i powstanie trwałego połączenia elektrycznego.

Oznaczanie wartości elementów SMD zostało opisane w punkcie 18.

Jakim przyrządem można poprawnie mierzyć parametry czasowe sygnałów niesinusoidalnych?

Parametry czasowe sygnałów niesinusoidalnych można poprawnie mierzyć tylko za pomocą oscyloskopu, ponieważ można zobaczyć sygnał na ekranie oscyloskopu, oraz dzięki specyficznej zasadzie działania oscyloskopu.

Pomiar częstotliwości sygnału niesinusoidalnego za pomocą oscyloskopu

Należy na oscyloskopie ustawić podstawę czasu w taki sposób, by można było zobaczyć

pełen okres przebiegu, następnie zmierzyć okres przebiegu T badanego sygnału, a częstotliwość obliczyć ze wzoru . Okres możemy obliczyć z zależności:

gdzie D - ilość działek, t - czas.

Wnioski

Wszystkie zmierzone rezystory zmieściły się w tolerancjach, tu obyło się bez niespodzianek, jednak w przypadku kondensatorów, odchylenia mocno odbiegały od tolerancji elementów, jednak to może wynikać z istnienia pojemności pasożytniczej, gdyż sam multimetr po odłączeniu przewodów, wyświetla pojemność około 20pF, oraz pojemności samych przewodów. Na wyniki pomiarów wpływ ma też sama dokładność mierników. Dzięki temu ćwiczeniu, nauczyłem się poprawnie używać przyrządów pomiarowych, poznałem właściwości badanych elementów elektronicznych. Tak ogromne błędy w pomiarach pojemności uświadomiły mi jak wielki wpływ na wyniki pomiarów mają pojemności pasożytnicze obwodu, nauczyło to mnie, że w przypadku pewnych pomiarów, lub pomiarów urządzeniem o małej dokładności należy traktować wyniki bardziej orientacyjnie aniżeli jako niepodważalną wartość elementu.