ĆWICZENIE NR1

	LABORATORIUM PODSTAW ELEKTRONIKI
Rok akademicki 2009/2010	TEMAT: Sprawdzenie prawa Ohma. Pomiar mocy czynnej biernej i pozornej
Kierunek studiów: Semestr: Grupa:
Data wykonania:

Spis aparatury pomiarowej

Woltomierz

Typ …………………………… nr …………………………… klasa ………

Amperomierz

Typ …………………………… nr …………………………… klasa ………

Dekada indukcyjności:

Typ …………………………… nr …………………………… klasa ………

Zasilacz napięcia stałego:

Typ …………………………… nr …………………………… klasa ………

Zasilacz napięcia zmiennego:

Typ …………………………… nr …………………………… klasa ………

PRAWO OHMA DLA PRĄDU STAŁEGO

Prowadzący ćwiczenie podaje wartości L =...[H], I₁ =…[mA], I₂ =…[mA]

Czynności do wykonania

1. Ustawić na dekadzie indukcyjnej wartość L wskazaną przez prowadzącego.

2. Zmierzyć wartość rezystancji dekady indukcyjnej R_R za pomocą miernika oporności.

3. W układzie (rys.1) zmieniają wartość napięcia stałego U_Z ustawić wartość prądu I₁ (potem I₂) wskazaną przez prowadzącego ćwiczenia i zmierzyć spadek napięcia na dekadzie U_R1 (U_R2). Wyniki wpisz do Tabeli 1.

4. Oblicz na podstawie wskazań amperomierza i woltomierza rezystancję dekady indukcyjnej R_R1 (R_R2).

5. Obliczyć moce rozpraszane w dekadzie P_R1 (P_R2)

Tabela 1.

L	I1	UR1	RR1	PR1	I2	UR2	RR2	PR2	RR
H	mA	V	𝛀	mW	mA	V	𝛀	mW	Ω
………..	……….				…………..

Rys 1. Pomiar spadku napięcia na dekadzie indukcyjnej dla prądu stałego

PRAWO OHMA DLA PRĄDU ZMIENNEGO (f=50Hz)

1. Do układu jak na rys 2 podłączyć zasilanie prądu zmiennego 50Hz

Tabela 2.

L	I1	URL1	ZRL1	XL1	P	Q	S	cosφ	sinφ	φ	RR
H	mA	V	𝛀	𝛀	mW	mVAr	mVA			°	Ω
……	……….

Tabela 3.

L	I2	URL2	ZRL2	XL2	P	Q	S	cosφ	sinφ	φ	RR
H	mA	V	𝛀	𝛀	mW	mVAr	mVA			°	Ω
…… ……	……….

Rys 2. Pomiar spadku napięcia na dekadzie indukcyjnej dla prądu zmiennego

1. Zmieniając wartość napięcia U_Z tak aby uzyskać wartość prądu płynącego w obwodzie jakie wskazał prowadzący I₁=………, (I₂= ), zmierzyć spadek napięcia na dekadzie indukcyjnej U_RL1=………, (U_RL2 = …)

Obliczenia

1. Oblicz na podstawie wskazań amperomierza i woltomierza impedancję dekady indukcyjnej Z_RL1 (Z_RL2).

Z_RL1 = R_R + jX_L =$\frac{U_{\text{RL}1}}{I_{1}}$

Wartość reaktancji X_L obliczyć ze wzorów(porównaj i zinterpretuj wyniki)

1. X_L = 𝜔L = 2πf·L

2. $X_{L} = \sqrt{Z_{RL1}^{2} - R_{R}^{2}}$

2.Przedstawić na wykresie wskazowym napięcia U_R, U_RL, U_L oraz prąd I

3.Obliczyć i zinterpretować spadek napięcia na oporności biernej U_L

4.Oblicz wartość współczynnika cosϕ.

Obliczenia wykonaj dwoma sposobami

1. na podstawie zmierzonych napięć cosφ = $\frac{U_{R}}{U_{RL1}}$

2. na podstawie zmierzonej rezystancji i ustawionej indukcyjności cos$\varphi = \frac{R_{R}}{Z_{RL1}}$

5.Oblicz:

moc czynną P = U•I•cosφ

moc bierną Q = U•I•sin φ

i moc pozorną S = U•I 

Podaj interpretacje i jednostki podanych mocy

6.Podaj jakie zjawiska mogą wystąpić w układzie, jeżeli w obwodzie znajdą się elementy RLC połączone w różnych konfiguracjach (obwody rezonansowe).

7. Podaj co to jest admitancja Y, konduktancja G i susceptancja B. Y = G + jB

ĆWICZENIE NR2

	LABORATORIUM PODSTAW ELEKTRONIKI
Rok akademicki 2009/2010	Temat ćwiczenia : Sprawdzenie II prawa Kirchhoffa
Kierunek studiów: Semestr: Grupa:
Data wykonania:

Spis aparatury pomiarowej

Woltomierz Typ …………………………… nr …………………………… klasa ………

Woltomierz Typ …………………………… nr …………………………… klasa ………

Amperomierz Typ …………………………… nr …………………………… klasa ………

Amperomierz Typ …………………………… nr …………………………… klasa ………

Amperomierz Typ …………………………… nr …………………………… klasa ………

Dekada oporności: Typ …………………………… nr …………………………… klasa ………

Dekada oporności: Typ …………………………… nr …………………………… klasa ………

Dekada oporności: Typ …………………………… nr …………………………… klasa ………

Zasilacz napięcia stałego: Typ …………………………… nr …………………………… klasa ………

Cel ćwiczenia :

Doświadczalne sprawdzenie wzorów na zastępczą rezystancję rezystorów łączonych szeregowo i równolegle, sprawdzenie praw Ohma i Kirchhoffa.

1. Mieszane łączenie rezystancji :

Rys 1. Schemat pomiarowy układu

Sprawdzić w układzie połączeń jak na rysunku 1 , rozpływ prądów, poziomy napięć i obliczyć rezystancję zastępczą R_AB i R_Z . Na podstawie danych podanych przez prowadzącego należy obliczyć pozostałe wielkości występujące w tabeli 1. (Przykładowe zadania do wykonania przedstawiono w tabeli 2). Następnie zmontować układ, ustawić wartości rezystorów , podać obliczoną wartość napięcia zasilającego U_Z . Przyrządy powinny wskazać wartości obliczone na podstawie praw Ohma i Kirchhoffa. Wskazania przyrządów wpisujemy do tabeli 1. Oblicz również rezystancję zastępczą trzech rezystorów , posługując się prawem Ohma.

Wzory przydatne do obliczeń.

$R_{Z} = \frac{U_{Z}}{I_{1}} = R_{1} + \frac{R_{2} \bullet R_{3}}{R_{2} + R_{3}}$ , U_AB = I₁ • R_AB , I₁ = I₂ + I₃

$\frac{1}{R_{\text{AB}}} = \frac{1}{R_{2}} + \frac{1}{R_{3}}$ , $R_{\text{AB}} = \frac{R_{2} \bullet R_{3}}{R_{2} + R_{3}}$, $R_{2} = \frac{U_{\text{AB}}}{I_{2}}$, $R_{3} = \frac{U_{\text{AB}}}{I_{3}}$,

Tabela 1.

Sposób połączenia	UZ	UAB	I1	I2	I3	R1	R2	R3	RAB	RZ
			A
Wpisać wyniki obliczeń
Wpisać wyniki wskazań przyrządów						–	–	–	–	–

W tabeli 2 przedstawiono przykładowe dane zadań do obliczeń w ramach przygotowania do zajęć laboratoryjnych.

Tabela 2.

lp	Sposób połączenia	UZ	UAB	I1	I2	I3	R1	R2	R3	RAB	RZ
				mA	mA	mA
1		15	6,65					200	400
3			12			40	100	300
9			16	100			60		4R2
13			12,2	105	80				320
19		15		120			50		100
21			10	150			30		2R2

W sprawozdaniu należy przedstawić sposób wyliczenia danej wielkości i wyjaśnić różnice między obliczonymi wartościami a wskazaniami przyrządów.

Przykłady rozwiązywania obwodów z wykorzystaniem PRAW KIRCHHOFFA I OHMA

Zadanie 1

Ile wynosi natężenie prądu w obwodzie przedstawionym na rysunku? ε₁=2V, ε₂=9V, R₁=2Ω, R₂=10Ω, r_W=1Ω

Dane:

Zadanie. II Prawo Kirchhoffa.

Ile wynosi natężenie prądu w obwodzie przedstawionym na rysunku? ε₁=2V, ε₂=9V, R₁=2Ω, R₂=10Ω, r_W=1Ω

ε₁=2V; ε₂=9V; R₁=2Ω; R₂=10Ω; r_W=1Ω

Oblicz: I = ?

Rozwiązanie

W obwodzie przedstawionym na rysunku siły elektromotoryczne ε₁ i ε₂ są połączone przeciwnie. O kierunku płynięcia prądu I w obwodzie zewnętrznym decyduje więc źródło o większej sile elektromotorycznej. Ponieważ ε₂ > ε₁, więc w obwodzie zewnętrznym prąd płynie od bieguna dodatniego (+) do bieguna ujemnego (-) przez opór R₁, źródło ε₁ i opór R₂.
Aby wyliczyć szukane natężenie prądu, skorzystamy z II prawa Kirchhoffa. Wystartujemy z dowolnego punktu obwodu (np. z A) i przejdziemy cały obwód zgodnie z kierunkiem prądu, aż do chwili, gdy znów znajdziemy się w punkcie wyjścia. Po drodze będziemy notować skoki napięcia na poszczególnych elementach obwodu (oporniki zmniejszają napięcie, podobnie jak siły elektromotoryczne "przeciwnie zwrócone" do kierunku prądu).
Zgodnie z II prawem Kirchhoffa suma tych skoków napięcia jest równa zeru.

Oczywiście dwa powyższe zapisy są równoznaczne, drugi jest bardziej elegancki. ;-)
Z tego wzoru możemy wyliczyć teraz szukane natężenie prądu:

Zadanie 2

Oblicz prądy płynące w obwodzie jak na rysunku, dla danych: R₁=1𝛀; R₂=2𝛀; R₃=3𝛀. E₁=2V; E₂ =4V

Rozwiązanie

Z I prawa Kirchhoffa (prawo zachowania ładunku)

J₁=J₂+J₃ (1)

Z II prawa Kirchhoffa ( prawo zachowania energii)

E₁ – J₁R₁ – J₂R₂ = 0 (2)

E₂ – J₃R₃ – J₂R₂ = 0 (3)

Podstawiając (1) do wzoru (2) otrzymamy

E₁ – J₂R₁ – J₃R₁ – J₂R₂ = 0 (4)

E₂ – J₃R₃ – J₂R₂ = 0 (5)

Z równania (4) J₃R₁= E₁ – J₂R₁– J₂R₂ = E₁ – J₂(R₁+R₂ )

$$J_{3} = \frac{E_{1} - J_{2}(R_{1} + R_{2})}{R_{1}}$$

podstawiamy do równania (5) otrzymamy

E₂ – $\left\lbrack E_{1} - J_{2}(R_{1} + R_{2})\ \right\rbrack\frac{R3}{R_{1}}$ – J₂R₂ = 0

Po podstawieniu danych otrzymamy

4 – 2 – J₂•3$\bullet \frac{3}{1}$ – 2J₂ = 0
2 – 7J₂ = 0 stąd

J₂ = $\frac{\mathbf{2}}{\mathbf{7}}\mathbf{A}$

Z równania (5)

J₃ =$\ \frac{\text{\ E}2\ \ \ J_{2}R2\ }{R_{3}} = \frac{4\ - \ \frac{2}{7} \bullet 2}{3}\ $=$\ \frac{\frac{28 - 4}{7}}{3}\ $=$\ \frac{24}{21} = \frac{\mathbf{8}}{\mathbf{7}}\mathbf{A}$

J₁ = J₂+J₃ =$\ \frac{8}{7} + \frac{2}{7} = \frac{\mathbf{10}}{\mathbf{7}}\mathbf{A}$

ĆWICZENIE NR 3

	LABORATORIUM PODSTAW ELEKTRONIKI
Rok akademicki 2009/2010	TEMAT: Diody prostownicze, stabilizacyjne, LED
Kierunek studiów: Semestr: Grupa:
Data wykonania:

Spis aparatury pomiarowej

Zestaw do pomiaru charakterystyk I(U) diod.

I. BADANIE WŁAŚCIWOŚCI DIÓD PÓŁPRZEWODNIKOWYCH

Grupa laboratoryjna dostaje od prowadzącego ćwiczenie diody prostownicze

1. Zadania do realizacji:

a) Zmierzyć charakterystyki statyczne elementów w kierunku przewodzenia.

b) Zmierzyć charakterystyki statyczne elementów w kierunku zaporowym.

2. Układy Pomiarowe:

Rys.1 Pomiar charakterystyki diody w kierunku przewodzenia

Rys.2 Pomiar charakterystyki diody w kierunku zaporowym

Materiał	Barwa
Arsenek galu - GaAs	Podczerwień
Fosforek galu - GaP	Żółta, zielona, czerwona
Azotek galu - GaN	Biała, niebieska
Fosforo-arsenek galu - GaAs1-xPx	Żółta, pomarańczowa, czerwona
Galo-arsenek glinu - AlxGa1-xAs	Podczerwień, czerwona

3.Tabele Pomiarowe:

3.1 Dioda prostownicza

Charakterystyki statyczne elementów w kierunku przewodzenia

ID[mA]
UD[V]

Charakterystyki statyczne elementów w kierunku zaporowym

ID[µA]
UD[V]

3.2 Dioda stabilizacyjna

Charakterystyki statyczne elementów w kierunku przewodzenia

ID[mA]
UD[V]

Charakterystyki statyczne elementów w kierunku zaporowym

ID[µA]
UD[V]

3.3 Dioda LED (czerwona)

Charakterystyki statyczne elementów w kierunku przewodzenia

ID[mA]
UD[V]

3.4 Dioda LED (żółta)

Charakterystyki statyczne elementów w kierunku przewodzenia

ID[mA]
UD[V]

3.5 Dioda LED (zielona)

Charakterystyki statyczne elementów w kierunku przewodzenia

ID[mA]
UD[V]

4. Opracowanie wyników:

Na podstawie zmierzonych punktów pomiarowych należy wykonać następujące wykresy:

1. Wspólny wykres charakterystyk statycznych w kierunku przewodzenia i zaporowych dla każdego badanego elementu. (układ osi liniowy)

2. Nanieść wszystkie charakterystyki na jeden wspólny wykres. (układ osi liniowy)

3. Wykres charakterystyki w kierunku przewodzenia w układzie liniowo logarytmicznym dla każdego elementu osobno.

4. Jeden wykres charakterystyk w kierunku przewodzenia w układzie lin-log dla wszystkich badanych elementów.

Na podstawie zmierzonych charakterystyk należy:

1. Wyznaczyć rezystancje statyczną w kierunku przewodzenia dla 3 punktów pracy: przed , na i za „kolankiem”

2. Wyznaczyć rezystancje dynamiczną w kierunku przewodzenia dla 3 punktów pracy: przed , na i za „kolankiem”

3. Wyznaczyć wartości współczynników w równaniu diody dla każdego elementu.

4. Dla każdej diody nanieść na wykresach liniowym i liniowo logarytmicznym (w kierunku przewodzenia) charakterystyki zmierzone i przybliżone wyznaczonymi współczynnikami z równania diody.

5. Wyznaczyć najmniejszy i największy błąd względny i bezwzględny pomiędzy wykresami zmierzonymi a przybliżonymi równaniem diody.

6. Wyznaczyć błędy pomiarowe dla każdej charakterystyki wnoszone przez układ pomiarowy (dokładność przyrządu, sposób pomiaru np. mierzony dokładnie prąd lub napięcie) itp..

7. Wyznaczyć błędy pomiarowe dla wyznaczonych wartości rezystancji statycznej i dynamicznej.

5. Wymagane zagadnienia teoretyczne przy wykonywaniu pomiarów:

1. Właściwości materiału półprzewodnikowego.

2. Złącze P-N w stanie przewodzenia.

3. Złącze P-N w stanie zaporowym.

4. Złącze P-N bez przyłożonego napięcia zewnętrznego.

5. Wpływ temperatury na złącze P-N.

6. Modele energetyczne złącza P-N w wyżej wymienionych stanach.

7. Schemat zastępczy diody uwzględniający rezystancje statyczną, dynamiczną i pojemności diody.

8. Wpływ poszczególnych elementów schematu zastępczego na charakterystykę i właściwości diody.

9. Różnice pomiędzy diodą prostowniczą i impulsową: przeznaczenie, budowa diody (wielkość bariery, domieszkowanie itp.)

10. Jakie wielkości i w jaki sposób będzie mierzone (zakresy pomiarowe, charakterystyki teoretyczne, układy pomiarowe, błędy pomiaru itp.)

11. Jakie wielkości fizyczne i w jakim układzie będzie mierzone będą mierzone. Zakres zmian mierzonych wartości i zadawanych pobudzeń np. do jakiego napięcia w kierunku przewodzenia będziemy wyznaczać charakterystykę w kierunku przewodzenie. Przy jakim napięcia na diodzie należy spodziewać się „kolanka” dla krzemu, germanu itp.

12. Co to jest rezystancja obciążenia, w jaki sposób ją rysuje się na charakterystyce.

13. Wpływ rezystancji obciążenia na punkt pracy diody.

6. Przykładowe pytania teoretyczne:

1. Złącze P-N w stanie przewodzenia.

2. Złącze P-N w stanie zaporowym.

3. Złącze P-N bez przyłożonego napięcia zewnętrznego.

4. Wpływ temperatury na złącze P-N.

5. Modele energetyczne złącza P-N w wyżej wymienionych stanach.

6. Schemat zastępczy diody uwzględniający rezystancje statyczną, dynamiczną i pojemności diody.

7. Wpływ poszczególnych elementów schematu zastępczego na charakterystykę diody.

8. Różnice pomiędzy diodą prostowniczą i impulsową: przeznaczenie, budowa diody (wielkość bariery, domieszkowanie itp.) i ich wpływ na elementy w schemacie zastępczym

9. Co to jest rezystancja statyczna, dynamiczna, punkt pracy ?

10. Dla jakich diod istotna jest rezystancja statyczna a dla jakich dynamiczna?

11. Co to jest rezystancja obciążenia, w jaki sposób ją rysuje się na charakterystyce?

12. Wpływ rezystancji obciążenia na punkt pracy diody?

13. Oznaczenia diod na schematach elektronicznych.

7. Literatura:

[1] Wiesław Marciniak, „Przyrządy Półprzewodnikowe i Układy Scalone”, WNT, Warszawa 1979

[2] Michał Polowczyk, „Laboratorium Przyrządów Półprzewodnikowych”, Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej, Gdańsk 1996

[3] Włodzimierz Janke, „Zjawiska Termiczne w Elementach i Układach Półprzewodnikowych”, WNT, Warszawa 1992

ĆWICZENIE NR 4

	LABORATORIUM PODSTAW ELEKTRONIKI
Rok akademicki 2011/2012	TEMAT: Ogniwo fotowoltaiczne
Kierunek studiów: Semestr: Grupa:
Data wykonania:

Spis aparatury pomiarowej

Woltomierz Typ …………………………… nr …………………………… klasa ………

Amperomierz Typ …………………………… nr …………………………… klasa ………

Dekada oporności: Typ …………………………… nr …………………………… klasa ………

Dekada oporności: Typ …………………………… nr …………………………… klasa ………

Fotoogniwo Typ …………………………… nr …………………………… klasa ………

Cel ćwiczenia

Wyznaczenie zależności napięcia wyjściowego fotoogniwa od natężenia oświetlenia U = f(Φ).

Wyznaczenia zależności mocy oddawanej przez fotoogniwo od oporności obciążenia P = f(R_obc).

Rys 1. Schemat pomiarowy

Rys. 2 Charakterystyka prądowo-napięciowa ogniwa fotowoltaicznego

Zadanie do wykonania:

1. Wyznaczenie zależności napięcia wyjściowego fotoogniwa od natężenia oświetlenia

U = f(Φ). (Oświetlenie Φ ustalić dla napięć

Φ	Φ1	Φ2	Φ3	Φ4	Φ5	Φ6	Φ7	Φ8	Φ9
Napięcie zasilania żarówki [V]	25	50	75	100	125	150	175	200	225
Napięcie wyjściowe fotoogniwa U[V]

1. Określić punkt pracy fotoogniwa, w którym moc oddawana do obciążenia będzie maksymalna.

Pomiary dokonać przy różnym natężeniu oświetlenia a wyniki zapisać w poniższej tabeli.

Tabela 1. Dla oświetlenia Φ₁ (napięcie zasilania żarówki =…….V)

R [Ω]
U[V]
I[mA]
P[W]

Tabela 2. Dla oświetlenia Φ₂ (napięcie zasilania żarówki =…….V)

R [Ω]
U[V]
I[mA]
P[W]

Na podstawie pomiarów wykreślić charakterystykę P=f(R).

W sprawozdaniu:

1) opisać funkcjonowanie fotodiody i fotoogniwa

2) określić sprawność układu. Wyjaśnić wpływ temperatury na sprawność układu

3) opisać, z jakich materiałów wykonuje się fotoogniwa

4) wyjaśnić, w jaki sposób można magazynować energię w akumulatorze jeżeli napięcie z fotoogniwa jest mniejsze od napięcia ładowania akumulatora

Wielkości mocy padającej na powierzchnię przy różnych stanach pogody

Baterie słoneczne zasilające aparaturę stacji

Budowa modułu fotowoltaicznego

Charakterystyka prądowo napięciowa fotoogniwa

Charakterystyki prądowo-napięciowe fotoogniwa dla różnych wartości oświetlenia i moce oddawane do obciążenia

Budowa fotoogniwa

Alternatywne źródła energii. Systemy hybrydowe.

Systemy hybrydowe są kombinacją systemu fotowoltaicznego z innym systemem konwersji energii na energię elektryczną(rys.1). Znajdują w nich zastosowanie generatory spalinowe, turbiny wiatrowe lub wodne.

Rys. 1. Schemat systemu hybrydowego z podłączeniem stałoproądowym.

ĆWICZENIE NR 5

	LABORATORIUM PODSTAW MIERNICTWA
Rok akademicki 1999/2000	TEMAT: Pomiary oscyloskopowe parametrów sygnałów elektrycznych
Kierunek studiów: Semestr: Grupa:
Data wykonania:

Spis aparatury pomiarowej

Oscyloskop badany: Typ …………………………… nr …………………………… klasa ………

Oscyloskop dwukanałowy: Typ …………………………… nr …………………………… klasa ………

Generator funkcyjny: Typ …………………………… nr …………………………… klasa ………

Generator impulsów prostokątnych:

Typ …………………………… nr …………………………… klasa ………

Dekada oporowa: Typ …………………………… nr …………………………… klasa ………

Rezystor wzorcowy:

Typ …………………………… nr …………………………… klasa ………

Zasilacz napięcia stałego:

Typ …………………………… nr …………………………… klasa ………

1 Określenie wielkości charakterystycznych przebiegu elektrycznego

Rysunek 1 Schemat układu do pomiaru wielkości charakterystycznych sygnału elektrycznego

Tabela pomiarowa

Typ przebiegu	Amplituda	Wartość między-szczytowa	Okres	Czas trwania	Czas narastania	Czas opadania	Współczynnik wypełnienia	Czas opóźnienia
Stały
Harmoniczny
Harmoniczny+stały
Fala prostokątna
Przebieg trójkątny
Impuls prostokątny
Przebieg prostokątny po przejściu przez układ różniczkujacy
Przebieg prostokątny po przejściu przez układ całkujacy

Obserwowane przebiegi należy przedstawić na wykresach z zaznaczeniem wymienionych parametrów

2 Wykorzystanie oscyloskopu do zdejmowania charakterystyk statycznych elementów nieliniowych

Oscyloskop HungChang 3502C wyposażono w funkcję testu biernych podzespołów elektronicznych. Uruchomienie tej funkcji następuje po ustawieniu przełącznika skokowej regulacji okresu podstawy czasu w pozycję X–Y, przełączników rodzaju sprzężenia kanału w pozycję GND, przełączników kanału A na zakres 2V/dz, kanału B na zakres 5V/dz oraz wciśnięcie przycisku COMP–TEST.

Po wykonaniu powyższych czynności do gniazda COMP–TEST należy przyłączyć końcówki badanego elementu. Na ekranie oscyloskopu ukaże się charakterystyka statyczna przyłączonego elementu.

Wyświetlone charakterystyki należy odrysować na papierze milimetrowym.

3 Kalibracja kanału Y oscyloskopu

Tabela pomiarowa

Rw=	Uz=	1działka=	zakres=
Ia [mA]
Up [V]
Rd [Ω]
α [dz]