Sprawozdanie z laboratorium elektroniki w Zakładzie Systemów i Sieci Komputerowych
Temat ćwiczenia: Badanie biernych elementów elektronicznych
Sprawozdanie wykonał: DAROŃ Krzysztof Rok: 2009/2010 Grupa: IZ – 11 Podgrupa: 2
Data:.........................................Ocena:.....................................Podpis:.....................................

1. Wstęp teoretyczny

• Prawo Ohma
  Natężenie prądu elektrycznego płynącego przez przewodnik jest wprost proporcjonalne do wartości napięcia elektrycznego na jego końcach i odwrotnie proporcjonalne do rezystancji przewodnika.

• Prawa Kirchoffa

Suma natężeń prądów wpływających do węzła jest równa sumie natężeń prądów wypływających z tego węzła.

Suma wartości chwilowych sił elektromotorycznych występujących w obwodzie zamkniętym równa jest sumie wartości chwilowych napięć elektrycznych na elementach pasywnych tego obwodu.

• Rezystory

Rezystorami są elementy, których podstawowym parametrem elektrycznym jest rezystancja, a inne parametry, takie jak pojemność i indukcyjność, powinny być jak najmniejsze.

Ważnym parametrem rezystora jest także moc znamionowa – jest to dopuszczalna moc wydzielana w każdym rezystorze, przez który płynie prąd. Wskutek przepływu prądu wydziela się ciepło Q=P×t, a zatem moc (w watach, P=U×I) określa energię traconą w rezystorze w ciągu jednej sekundy. Na rysunku poniżej przedstawiono przykłady różnych rezystorów.

Część oporowa rezystora może być wykonana w postaci warstwy oporowej naniesionej na korpus lub z drutu oporowego nawiniętego na korpus izolacyjny. W rezystorach warstwowych i drutowych korpus jest wykonany z masy ceramicznej, najczęściej w kształcie walca (rezystory stałe) lub paska (potencjometry). Druty oporowe stosowane w rezystorach są wykonywane ze stopów oporowych złożonych z miedzi, niklu, cynku, magnezu i żelaza. Rezystory drutowe są nawinięte jednowarstwowo, np. drutem z konstantanu, manganinu albo nikieliny.

W rezystorach warstwowych warstwy oporowe mogą być wykonane z węgla, z metalu napylonego lub naparowanego, z tlenków metali lub z tzw. kompozycji organicznej, którą jest sproszkowany materiał o dużej rezystywności, związany dielektrykiem organicznym.

Oprócz rezystorów warstwowych i drutowych, są również rezystory objętościowe. W rezystorach tych występują lity elementy oporowe, który przewodzi prąd całą swoją objętością. Z tej racji rezystory objętościowe wytrzymują duże obciążenia prądowe i mocowe.

• Najważniejszymi parametrami rezystorów są:

• rezystancja w omach. [W];

• tolerancja, czyli niedokładność rezystancji w % rezystancji znamionowej;

• moc znamionowa w watach [W];

• stałość rezystancji w czasie i w zmiennych warunkach otoczenia;

• napięcie graniczne w woltach [V];

• Dzielnik napięcia

Dzielnik napięcia jest specjalnym szeregowym połączeniem dwóch lub więcej pasywnych elementów elektrycznych, np. oporników. Napięcie wyjściowe nieobciążonego dzielnika zasilanego jest zawsze mniejsze od napięcia zasilania i zależy tylko od stosunku wartości użytych oporników oraz wartości napięcia wejściowego:

1. Spis przyrządów

• Stanowisko laboratoryjne IDL-600 nr 019760

• Multimetr cyfrowy DM-830D nr DF:0841010

• Zasilacz sieciowy DE-60-24

1. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest poznanie zasad pomiaru charakterystyk i wyznaczanie z nich parametrów elementów biernych liniowych i nieliniowych.

2. Schematy ideowe:

R₁=150kΩ

0 ÷ + 15 V μA 0÷ + 15 V

U zas V_A R=150kΩ U_we V_A R₂ =100kΩ V_C U_wy

GND GND

R=22Ω I_Ż R₁=150 kΩ

0 ÷ + 15 V

60 V

U_zas V_C V_A U_G ∼ Gen. V_C∼ U_wy

50 mA R₂=100kΩ

0 ÷ - 15 V

1. Treść zadania

• Zdjąć i wykreślić charakterystykę I = f ( U ), zadanego elementu liniowego (rezystor 150 kΩ, 0,25 W ± 5 %) Wyznaczyć dla danego punktu pracy rezystancję statyczną i dynamiczną, podając graficzny sposób wyznaczania na charakterystyce.

• Zdjąć i wykreślić charakterystykę I = f ( U ), zadanego elementu nieliniowego (żarówka telefoniczna 60 V, 50 mA). Wyznaczyć dla danego punktu pracy rezystancję statyczną i dynamiczną jak wyżej.

Tabela 1 i 2. Wyniki pomiaru I = f ( U_A ) rezystora R = 150 k Ω, oraz żarówki 60 V, 50 mA i rezystora R = 22Ω

L.p.	UA [V]	I [μA]	R [KΩ]	L.p.	UA [V]	IŻ = UC/R [mA]	UC [V]	RŻ =UA/IŻ [Ω]
1	2	20	100	1	3	~8,1	0,18	~83
2	4	41	~97	2	6	~12	0,27	~500
3	6	61	~98	3	9	~15	0,34	~600
4	8	81	~99	4	12	~18	0,4	~667
5	10	101	~99	5	15	~21	0,46	~714

• Zbudować za pomocą zadanych rezystorów dzielnik napięcia stałego, oraz zmierzyć stosunek podziału napięcia dla napięcia stałego oraz przemiennego sinusoidalnego w funkcji częstotliwości.

Tabela 3 i 4. Wyniki pomiaru współczynnika podziału napięcia.

L.p.	Uwe [V]	Uwy [mV]	Wp=Uwy/Uwe	L.p.	Uwe=UG[V]	f [Hz]	Uwy [mv]	Wp = Uwy/Uwe
1	0	0	----	1	2,6	50	0,8	~3,07x10^-4
2	3	1,17	~3,9x10^-4	2	2,6	500	0,8	~3,07x10^-4
3	6	2,27	~3,78x10^-4	3	2,6	1000	0,8	~3,07x10^-4
4	9	3,43	~3,80x10^-4	4	2,6	1500	0,8	~3,07x10^-4
5	12	4,54	~3,78x10^-4	5	2,6	2000	0,8	~3,07x10^-4
6	15	5,61	~3,74x10^-4	6	2,6	2500	0,8	~3,07x10^-4

1. Obliczenia

Tabela 1 – układ 1:

R₁=U_A/I=2[V]/0,00002[A]=100000[Ω]=100[K Ω]

R₂=U_A/I=4[V]/0,000041[A]~97560 [Ω]=98[K Ω]

Tabela 2 – układ 3:

I_ż1=U_c/R=0.18[V]/22[Ω]~0,008[A]~8[mA]

R_Ż1=U_A/I_Ż=3[V]/36[mA]~83[Ω]

Tabela 3 – układ 2:

W_P11=U_WY/U_WE=1,17[mV]/3[V]=0.00117 [V]/3[V]=0.00039

Tabela 4 – układ 4:

W_P21=U_WY/U_WE=0,8[mV]/2,6[V]=0,0008[V]/2,6[V]~0.000307

1. Wnioski

Przy charakterystyce prądowo napięciowej wykonanej przy pomocy tabeli 1 widzimy że charakterystyką jest linia prosta, świadczy to o tym ze nasz rezystor (150KΩ) jest elementem liniowym.

Przy charakterystyce prądowo napięciowej wykonanej przy pomocy tabeli 2 widzimy że nasza żarówka jest elementem nieliniowym, charakterystyką nie jest linia prosta, wraz z wzrostem napięcia prąd wzrasta coraz mniej. Przy charakterystyce tej mamy niewielkie odchylenie wynikające z nieprecyzyjności przyrządu pomiarowego bądź samego stanowiska laboratoryjnego.

Przy charakterystyce nap wej do nap wyj (tabela 3) widzimy ze napięcie wyj wzrasta liniowo (proporcjonalnie) względem nap wej. W dzielniku tym mamy duże spadki napięcia. Napięcie z przykładowo 15 V zmalało do 5,61mV.

Przy charakterystyce częstotliwości do prądu wyjściowego otrzymujemy funkcje stałą. Wynika to z tego że generator generuje nam przy każdej częstotliwości to samo napięcie przez co na wyjściu dzielnika mamy cały czas tą samo wartość.

Wykonanie sprawozdania nie sprawiło nam zbyt wiele problemów. Przy wykonywaniu sprawozdania wystąpiło wiele mało istotnych błędów, wynikały one w większości z niedokładności sprzętu pomiarowego i stanowiska laboratoryjnego. Jednakże błędy te były bardzo małe i nie wpływały znacząco na wyniki końcowe.