Ćwiczenie 2

„Pomiary wartości parametrów

elementów biernych”

1. Czynności do wykonania przed przystąpieniem do ćwiczenia:

1. Policzyć instrukcje do ćwiczenia (powinno być 5 kopii) - jeśli brakuje należy zgłosić to prowadzącemu.

2. Zapoznać z instrukcją obsługi urządzeń pomiarowych:

• multimetru cyfrowego Extech 430

• generatora funkcyjnego NDN DF

• oscyloskopu Protek 3502C

oraz zanotować w sprawozdaniu ich numery seryjne.

3. Jako wprowadzenie do ćwiczenia przeczytać

• Rozdział 2 pt. „Charakterystyki statyczne i parametry diod półprzewodnikowych” ze skryptu Politechniki Częstochowskiej „Podstawy elektroniki. Laboratorium” Częstochowa 2002; od strony 6 do strony 9 włącznie

• Schemat połączeń płytki laboratoryjnej M2 wykorzystywanej w tym ćwiczeniu wraz z rozmieszczeniem poszczególnych elementów na płytce drukowanej, który dołączony jest na końcu instrukcji.

4. Wszystkie obliczenia, tabelki oraz wykresy uzupełniamy w szablonie sprawozdania, a nie w instrukcji.

5. W sprawozdaniu w punkcie „Schemat blokowy”, rysujemy zawsze schemat blokowy układu pomiarowego aktualnie wykorzystywanego w ćwiczeniu.

6. Moduły dydaktyczne wyciągamy z zasilacza za przeznaczony do tego celu uchwyt, znajdujący się w dolnej części panelu czołowego.

UWAGA: Sposób pomiaru przesunięcia fazowego za pomocą oscyloskopu zawarty jest w dodatku na końcu instrukcji.

2. Przebieg ćwiczenia

1. Obserwacja i pomiary zależności fazowych między prądem a napięciem dla rezystora i kondensatora.

• Umieścić moduł dydaktyczny M2 w zasilaczu.

• Za pomocą zielonego kabla BNC połączyć wyjście sygnałowe generatora OUTPUT z wejściem modułu 2 oznaczonym GEN.

• Za pomocą czerwonego kabla BNC połączyć wyjście modułu 2 oznaczone jako OSC z kanałem Y oscyloskopu.

• Za pomocą zielonego kabla BNC połączyć wyjście modułu 2 oznaczone I_R z kanałem X oscyloskopu.

• Poprosić prowadzącego o skontrolowanie układu.

• Włączyć zasilacz oraz oscyloskop i generator.

• Ustawić w generatorze sygnał sinusoidalny o maksymalnej amplitudzie

• Odnaleźć na oscyloskopie przebieg obydwu sygnałów.

• Zmieniając skokowo częstotliwość generowanego sygnału w pobliżu: 2 MHz, 200 kHz, 20 kHz, 2 kHz, 200 Hz i 20 Hz obserwować jak zachowuje się oscylogram prądu rezystora (kanał X) w stosunku do oscylogramu napięcia sygnału wejściowego (kanał Y).

• Dla każdej badanej częstotliwości należy zmierzyć wartość międzyszczytową odpowiedzi, oraz przesunięcie fazowe w stosunku do sygnału wejściowego (metoda pomiaru przesunięcia fazowego dołączona jest na końcu instrukcji). Pomiary zanotować w tabelce:

częstotliwość generowanego sygnału wejściowego			…
wartość międzyszczytowa sygnału wejściowego w			…
kąt przesunięcia fazowego odpowiedzi rezystora			…
wartość międzyszczytowa odpowiedzi rezystora			…
stosunek wartości międzyszczytowej odpowiedzi rezystora do wartości międzyszczytowej sygnału wejściowego			…

• Na podstawie powyższych pomiarów odręcznie narysować w sprawozdaniu wykresy:

• Zależność kąta przesunięcia fazowego odpowiedzi rezystora od częstotliwości sygnału wejściowego:
  

• Zależność stosunku wartości odpowiedzi rezystora do wartości sygnału wejściowego od częstotliwości generowanego sygnału:
  

• Zanotować w sprawozdaniu wnioski z przeprowadzonego ćwiczenia i przedstawić sprawozdanie do kontroli prowadzącemu.

• Przepiąć kabel od wyjścia modułu oznaczonego I_R do wyjścia oznaczonego I_C.

• Zmieniając skokowo częstotliwość generowanego sygnału w pobliżu: 2 MHz, 200 kHz, 20 kHz, 2 kHz, 200 Hz i 20 Hz obserwować jak zachowuje się oscylogram prądu kondensatora (kanał B) w stosunku do oscylogramu napięcia sygnału wejściowego (kanał A).

• Dla każdej badanej częstotliwości należy zmierzyć wartość międzyszczytową odpowiedzi, oraz przesunięcie fazowe w stosunku do sygnału wejściowego. Pomiary zanotować w tabelce:

częstotliwość generowanego sygnału wejściowego			…
wartość międzyszczytowa sygnału wejściowego			…
kąt przesunięcia fazowego odpowiedzi kondensatora			…
wartość międzyszczytowa odpowiedzi kondensatora			…
stosunek wartości międzyszczytowej odpowiedzi kondensatora do wartość międzyszczytową sygnału wejściowego			…

• Na podstawie powyższych pomiarów odręcznie narysować w sprawozdaniu wykresy:

• Zależność kąta przesunięcia fazowego odpowiedzi kondensatora od częstotliwości sygnału wejściowego:
  

• Zależność stosunku wartości odpowiedzi kondensatora do wartości sygnału wejściowego od częstotliwości generowanego sygnału:
  

• Zanotować w sprawozdaniu wnioski z przeprowadzonego ćwiczenia i przedstawić sprawozdanie do kontroli prowadzącemu.

• Po uzyskaniu zgody prowadzącego wyłączyć zasilanie wszystkich przyrządów, wcisnąć wyłącznik bezpieczeństwa i odłączyć wszystkie kable.

1. Wyznaczanie charakterystyk prądowo - napięciowych diod półprzewodnikowych.

• Przygotować dołączone do zestawu diody: uniwersalną BAV21 i Zenera BZP683C5V1.

• Upewnić się, że zasilanie jest odłączone i poprosić prowadzącego o zgodę na wyjęcie płytki modułu M2 z zasilacza.

• Przełącznik hebelkowy na płytce ma być w pozycji DOLNEJ - czerwona dioda LED ma być ZGASZONA.

• Zgodnie ze schematem układu umieścić diodę uniwersalną na płytce tak, aby była spolaryzowana w kierunku przewodzenia.

• Poprosić prowadzącego o skontrolowanie układu.

• Włożyć płytkę modułu M2 z powrotem do zasilacza.

• Przygotować dwa multimetry: jeden do pomiaru prądu stałego, drugi do pomiaru napięcia stałego

• Podłączyć multimetry do odpowiednich gniazd modułu M2.

• Ustawić przełącznik obrotowy służący do regulacji prądu diody w pozycję 1.

• Poprosić prowadzącego o skontrolowanie układu.

• Włączyć zasilacz i dokonać pomiaru napięcia diody i prądu diody dla wszystkich pozycji przełącznika obrotowego. Pomiary zanotować w tabelce:

Pozycja przełącznika	1	2	…	7
Prąd diody			…
Napięcie na diodzie			…

• Po zakończeniu pomiarów wyłączyć zasilacz, przełącznik ustawić z powrotem w pozycję 1 i poprosić prowadzącego o zgodę na wyjęcie płytki modułu 2 z zasilacza.

• Po wyjęciu płytki zamienić polaryzację diody i znowu poprosić prowadzącego o skontrolowanie układu.

• Włożyć płytkę modułu 2 z powrotem do zasilacza i powtórzyć wszystkie czynności pomiarowe jak wcześniej.

• Po zakończeniu pomiarów dla diody uniwersalnej, wykonać je dokładnie tak samo dla diody Zenera.

• Na podstawie otrzymanych czterech tabel z pomiarami odręcznie narysować w sprawozdaniu wykresy charakterystyk prądowo - napięciowych
  obydwu diod. Wykorzystać w tym celu odpowiednio przygotowane szablony w sprawozdaniu.

• Zanotować w sprawozdaniu wnioski z przeprowadzonego ćwiczenia i przedstawić sprawozdanie do kontroli prowadzącemu.

• Po uzyskaniu zgody prowadzącego wyłączyć zasilanie wszystkich przyrządów, wcisnąć wyłącznik bezpieczeństwa i odłączyć multimetry.

1. Wyznaczanie charakterystyki termistora.

• Upewnić się, że zasilanie jest wyłączone (wyłącznik bezpieczeństwa jest wciśnięty).

• Wyjąć z zasilacza płytkę modułu M2 i wymontować diodę (używaną w poprzednim ćwiczeniu).

• Do leżącej na stole płytki podłączyć zasilanie specjalnym kablem. (Nie odgrywa roli kierunek podłączenia gniazda do płytki).

• Podczas pomiarów płytka będzie leżeć na stole, dlatego też należy zachować szczególną ostrożność w czasie wykonywania tego ćwiczenia.

• Podłączyć multimetr (nastawiony na pomiar rezystancji w zakresie
  ) do gniazd oznaczonych jako TERMISTOR.

• Ustawić przełącznik obrotowy (ten sam, który ograniczał prąd diody) w pozycję 1.

• Przełącznik hebelkowy na płytce ma być w pozycji DOLNEJ.

• Poprosić prowadzącego o skontrolowanie układu.

• Włączyć zasilacz, upewnić się, że dioda jest zgaszona i włączyć termometr przyciskiem IN/OUT.

• Odczyt temperatury termistora jest możliwy gdy na wyświetlaczu jest napis OUT. (Jeżeli jest napis IN, należy wcisnąć przycisk IN/OUT)

Uwaga: Po wyłączeniu zasilacza na wyjściowych kondensatorach zasilacza 5V dość długo utrzymuje się szczątkowe napięcie. Jeśli zbyt szybko włączy się zasilacz po jego uprzednim wyłączeniu nie startuje przetwornica w termometrze. W takiej sytuacji - tylko i wyłącznie za zgodą prowadzącego - należy wyłączyć zasilacz, odłączyć moduł od płyty zasilającej, poczekać na pełne rozładowanie kondensatora zasilającego termometr (wbudowany jest w tym celu opornik rozładowujący) i zasilić ponownie moduł przy włączonym uprzednio zasilaczu w kasecie. Do sytuacji tej nie powinno dojść jeżeli ćwiczenie będzie wykonywane dokładnie tak, jak nakazuje instrukcja.

• Upewnić się, że wskaźnik termometru wskazuje pomiar w stopniach Celsjusza.

• Odczytać temperaturę wskazywaną przez termometr (jest to temperatura otoczenia) oraz odpowiadającą jej rezystancję termistora - będzie to zerowy punkt pomiarowy w tabelce.

• Włączyć podgrzewanie termistora, przełącznikiem hebelkowym - dioda powinna się zaświecić.

• Szybkość podgrzewania reguluje się przełącznikiem obrotowym (tym samym, który regulował prąd diody) - im wyższa pozycja przełącznika tym szybciej i do wyższej temperatury, będzie się podgrzewał termistor.

• Podgrzewać termistor do około
  i co około
  notować jego temperaturę oraz rezystancję. Wyniki zanotować w tabelce:

Numer pomiaru	0 (Temp. Otoczenia)	1	…	n
Temperatura termistora			…
Rezystancja termistora			…

• Po skończeniu pomiarów ustawić przełącznik obrotowy w pozycję 1.

• Na podstawie powyższej tabelki odręcznie narysować w sprawozdaniu charakterystykę rezystancyjno - temperaturową
  badanego termistora.

• Zanotować w sprawozdaniu wnioski z przeprowadzonego ćwiczenia i przedstawić sprawozdanie do kontroli prowadzącemu.

• Po uzyskaniu zgody prowadzącego wyłączyć zasilanie wszystkich przyrządów, wcisnąć wyłącznik bezpieczeństwa i odłączyć multimetr i płytkę.

3. Czynności porządkowe

• Policzyć instrukcje (powinno być 5 kopii) i jeśli ilość się zgadza ułożyć w takim samym porządku jak przed rozpoczęciem ćwiczenia (jeśli ilość się nie zgadza zgłosić to prowadzącemu).

• Odłączyć wszystkie kable od zasilania.

• Kable multimetrów zabezpieczyć zaślepkami (kolory naprzemian).

• Poukładać kable na stanowisku tak, jak przed rozpoczęciem zajęć.

• Uporządkować krzesła !

• Pozostawić po sobie porządek.

Dodatek A. Metoda pomiaru kąta przesunięcia fazowego:

Uwaga: Obydwa sygnały nie muszą koniecznie mieć tej samej wysokości.

Sposób 1 (Kąt przesunięcia fazowego zawarty w przedziale od
do
)

Mierzymy w działkach krótszą odległość między wierzchołkami sygnału wejściowego i wyjściowego. Odległości tej nie przeliczamy na sekundy i oznaczamy ją jako t. Następnie mierzymy odległość (również w działkach) między sąsiednimi wierzchołkami tego samego sygnału (nieistotne czy wybierzemy sygnał wejściowy czy wyjściowy) i oznaczamy ją jako T. Przesunięcie fazowe jest równe co do wartości bezwzględnej liczbie
. Aby ustalić znak przesunięcia fazowego należy popatrzeć na wierzchołek sygnału wejściowego. Jeżeli bliższy wierzchołek sygnału wyjściowego jest po lewej to przesunięcie fazowe jest dodatnie, jeżeli zaś po prawej - ujemne.

Sposób 2 (Kąt przesunięcia fazowego zawarty w przedziale od
do
)

Mierzymy w działkach odległość między wierzchołkiem sygnału wejściowego i tym wierzchołkiem sygnału wyjściowego, który znajduje się po lewej stronie. Odległości tej nie przeliczamy na sekundy i oznaczamy ją jako t. Następnie mierzymy odległość (również w działkach) między sąsiednimi wierzchołkami tego samego sygnału (nieistotne czy wybierzemy sygnał wejściowy czy wyjściowy) i oznaczamy ją jako T. Przesunięcie fazowe jest równe liczbie
.

Sygnał wejściowy

Sygnał wejściowy

t

T

---