ЭлТехн-МетУказV1_00

российской литературе обозначаются источники э.д.с., в зарубежных источниках обозначают источники тока.

2.При составлении схем не забывайте их заземлять, в противном случае система может генерировать сообщение об ошибке.

3.Не оставляйте на рабочем листе схемы не подключенных ни к чему элементов, а еще лучше – элементов с свободными выводами. В этом случае почти наверняка процесс моделирования оборвется на самой начальной стадии.

4.Для синхронного переключения нескольких коммутационных элементов, а также для синхронного изменения параметров других компонентов схемы задавайте для управления ими одинаковые буквы.

5.Будьте внимательны при изменении параметров переменных резисторов (потенциометров). На схемном обозначении элемента положение ползунка всегда находится в одном и том же положении. Использованное обозначение потенциометра позволяет понять, в какую сторону должен смещаться ползунок в действительности при изменении значения процента его смещения. Однако это требует от пользователя определенного воображения и опыта работы.

6.Используйте для составления схемы по возможности специальные виртуальные элементы: виртуальные резисторы, емкости, диоды и др. Применение моделей реальных элементов может повлечь отклонение результатов расчета от результатов моделирования, поскольку в такие модели закладывается случайное отклонение значения их параметров от заданных номинальных значений.

7.Изменения, внесенные в модель в момент работы симулятора, связанные с изменением параметров элементов схемы не оказывают влияние на результаты текущего моделирования. После внесения изменений нужно отключить, а затем вновь включить режим симуляции, нажав клавишу F5.

8.Пользуйтесь при работе пробником. Это позволяет существенно уменьшить число устанавливаемых в схеме приборов. К тому же пробник реагирует на изменение параметров цепи быстрее, выдает больший объем информации и, при необходимости, его можно подключить к схеме стационарно, если щелкнуть мышью в соответствующем месте схемы. Единственный недостаток - невозможность измерять разность потенциалов между разными точками схемы. Хотя и такое измерение возможно, если использовать иную точку заземления схемы. В выводимом табло пробника используются следующие обозначения: (p-p) – размах периодически изменяющегося во времени тока или напряжения (разница между

31

максимумом и минимумом сигнала); (rms) – среднеквадратическое, или действующее значение контролируемой величины (смысл термина определяется в работе 4) ; (dc) – величина постоянной составляющей тока или напряжения (среднее значение). Обозначения V или I без индексов показывают текущее значение напряжения или тока в конкретный момент времени и, если U или I не остаются постоянными, будут постоянно изменяться.

9.Не нужно забывать, что симулятор работает не в реальном, а в существенно более замедленном темпе времени. Это время отображается в нижней части основного окна программы в строке состояния. Как правило, переходный процесс в различных схемах после изменения режима их работы (после включения, изменения параметра и т.д.) может занимать в реальном времени от долей секунд до нескольких секунд, а в режиме симуляции возрастает в несколько раз. Поэтому, перед тем, как снимать показания приборов, дождитесь, чтобы показания виртуальных приборов перестали меняться.

10.Иногда виртуальные вольтметр и амперметр могут показывать неверный знак измеряемой величины. После их нескольких разворотов этот дефект исчезает.

Содержание отчета

1.Вариант задания, модель схемы для задачи из первой работы и таблицу 2.1 с результатами сопоставления расчетных и модельных данных о погрешности измерения параметров источников питания для приведенных на рисунке 1.1 схем. В заголовок таблицы внести данные о значениях параметров компонентов приведенных на рисунке 1.1 схем (для своего задания по первой работе). Модели схем измерений в сложных цепях, приведенные на рисунке 2.1, со значениями элементов для своего задания, и таблицу 2.2 с результатами исследования на модели зависимости погрешности измерения токов и напряжений в этих схемах от параметров элементов и порядка подключения амперметра и вольтметра.

2.Схему, осциллограмму исходных сигналов, осциллограмму фигур Лиссажу и результат построения более простой из них графическим способом по данным, взятым из индивидуального задания. Суть графического метода поясняется рисунком 2.5 для простей-

шего случая, когда на оба входа подаются синусоидальные сигналы, сдвинутые по фазе на 90о.

32

Таблица 2.1 – Результаты сопоставления решения задачи оценки погрешности измерения путем аналитического расчета и моделирова-

ния в среде MultiSIM. U=__В, I= __мА, Rг=__кОм, Rд=__кОм, Rш=__Ом.

3.Таблицы 2.2, 2.3 с данными по результатам исследования источников токов и напряжений по данным, взятым из индивидуального

t

задания, и графики вольтамперных характеристик исследованных моделей источников тока и напряжения

33

Таблица 2.2 – Погрешность измерения токов и напряжений в сложных электрических цепях.

Таблица 2.3 – Зависимость тока и напряжения на нагрузке от величины ее сопротивления для модели источника тока

_________________ ___________, Rout=___%, S1=On/Off (имя файла)

Сопротивление Rload1, %

Сопротивление нагрузки, Ом

Ток нагрузки, мА

Напряжение на нагрузке, В

Таблица 2.4 – Зависимость тока и напряжения на нагрузке от величины ее сопротивления для модели источника напряжения

__________ __________________, Rout=___%, S1=On/Off (имя файла)

Сопротивление Rload1, %

Сопротивление Rload2, %

Сопротивление нагрузки, Ом

Ток нагрузки, мА

Напряжение на нагрузке, В

Вопросы для самопроверки по лекционному материалу

1.На какие группы, и по каким классификационным признакам можно подразделить современные осциллографы?

2.Какие основные функциональные блоки имеют электронные осциллографы?

3.Какие дополнительные функции имеют цифровые осциллографы относительно аналоговых?

34

4.Чем USB – осциллографы отличаются от цифровых осциллографов и какие дополнительные функции по сравнению с ними они имеют?

5.Что такое стробоскопический эффект? Как он используется в аналоговых и цифровых осциллографах?

6.Какие параметры электрических цепей можно измерять электронным осциллографом?

7.Что понимают под термином «растяжка» в электронных осциллографах?

8.Что называют измерительными механизмами в аналоговых измерительных приборах?

9.Что такое уравнение преобразования?

10.Что такое градуировочная характеристика?

11.Что такое диапазон измерения?

12.Чем диапазон измерений отличается от предела измерения?

13.Что такое динамический диапазон средства измерения?

14.Что такое первичный измерительный преобразователь и чем он отличается от датчиков?

15.На чем основан принцип работы измерительных механизмов магнитоэлектрической (электромагнитной, электродинамической, ферродинамической, индукционной, электростатической) системы? В чем преимущества и недостатки рассматриваемой системы? Какие виды электрических величин она может измерять?

16.Может ли прибор электромагнитной (или любой другой из изученных) системы измерять переменный ток?

17.Что такое характериограф и для чего он предназначен?

18.Можно ли осциллограф применять в качестве характериографа? Достаточно ли для этого иметь только осциллограф, или нужны и другие средства измерений?

19.Как будет выглядеть на экране характериографа ВАХ резистора?

20.Что такое логометр и для чего он предназначен?

21.Чем информационно-измерительная система отличается от измерительных вычислительных комплексов и чем – от измерительной установки?

22.На какие группы делятся средства измерения?

23.В чем проявляется наибольшее различие между аналоговыми и цифровыми электроизмерительными приборами?

24.Что такое класс точности измерительных устройств?

25.Что такое влияющая величина?

26.Какой вид имеет ВАХ у идеального и физически реализуемого источника тока (напряжения)?

35

27.Какие виды источников электрической энергии используются в технике для электроснабжения и почему?

28.Почему в стабилизированных источниках тока (напряжения) форма ВАХ отличается от линейной?

29.Какие свойства средств измерения относят к эксплуатационным?

30.Можно ли осциллографом измерить сопротивление, и, если можно, то как?

31.Можно ли осциллографом измерить силу тока, и, если можно, то как?

Вопросы для самопроверки по лабораторной работе

1.Объяснить полученные результаты моделирования погрешности измерения токов и напряжений в сложных разветвленных цепях, содержащих источник тока (напряжения)?

2.Что такое SPICE – модель?

3.Какие основные правила нужно соблюдать при работе в среде

MultiSIM 8?

4.Почему реальные источники напряжения имеют ограничение по максимально допустимому току, а источники тока – ограничение по максимально допустимому напряжению?

5.Что можно определить с помощью фигуры Лиссажу?

6.Как по фигурам Лиссажу можно найти отношение частот измеряемых сигналов?

7.Можно ли на экране осциллографа одновременно наблюдать сигналы с разной частотой? Если да, то в каких случаях?

8.В каких случаях возникает необходимость применения внешней синхронизации?

9.Какими способами можно определить разность фаз между двумя сигналами с помощью электронного осциллографа?

10.Можно ли определить разность фаз между сигналами различной частоты?

11.Чем виртуальный осциллограф в программе MultiSIM 8 отличается от реального?

12.Можно ли в модели MultiSIM 8 одновременно изменять положение полозка у нескольких потенциометров?

13.Можно ли в модели MultiSIM 8 в процессе работы симулятора менять параметры модели?

14.Как в MultiSIM 8 можно включить и настроить виртуальный измерительный прибор и какие они бывают?

15.Чем виртуальные измерительные приборы в MultiSIM 8 отличаются от реальных?

36

16.Во сколько примерно раз время в симуляторе течет медленнее реального времени при снятии ВАХ источников питания?

17.Что такое ВАХ?

18.Что объединяет и что различает пакеты EWB и MultiSIM

19.Какие еще программные средства компании National Instruments (NI) дополняют и расширяют возможности MultiSIM?

20.Можно ли с помощью характериографа снять ВАХ предложенных в работе моделей источников напряжения и тока?

21.Какие пакеты, кроме MultiSIM, также предназначенны для SPICE

– моделирования?

22.Почему SPICE – модели не используют для анализа сложных электронных схем, используемых в вычислительной технике?

23.Как можно использовать в среде MultiSIM пробник и что это такое?

24.В чем заключаются принципиальные различия проведения измерений электрических величин на SPICE – моделях от измерений в реальных электрических цепях?

Варианты заданий к лабораторной работе № 2 Таблица 2.5 – Измерения в сложных цепях

37

Примечание: В заголовке таблицы использованы обозначения: E

– э.д.с. источника напряжения Е на рисунке 2.1а, I – сила источника тока на рисунке 2.1б., Rд и Rш – внутреннее сопротивление вольтметра и сопротивление шунта амперметра.

Таблица 2.6 – Исследование сигналов с помощью фигур Лиссажу

38

Таблица 2.7 – Моделирование электронных блоков питания

Примечания

Данная работа выполняется каждым студентом индивидуально.

Указанное в таблице значение положения переключателя S1 и положения потенциометра Rout, одинаково как для модели источника тока, так и для модели источника напряжения.

Для модели источника напряжения № 1 использовать файл Ист.напр2VT-V00.ms8, а для модели № 2 – файл Ист.напр3VT-

V00.ms8.

Для модели источника тока № 1 использовать файл

Ист.тока1VT-V00.ms8, а модели № 2 – файл Ист.тока2VT-

V00.ms8.

39

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗВЕТВЛЕННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Цель работы

1.Получить навыки практического составления уравнений для сложных цепей по методу контурных токов и методу узловых потенциалов.

2.Научиться рассчитывать разветвленные электрические цепи постоянного тока различными методами для ряда частных случаев.

3.Усвоить основную терминологию, используемую в электротехнике при изучении разветвленных электрических цепей.

4.Научиться собирать электрические цепи по схемам.

Теоретические сведения

Данный раздел стал в ТОЭ классическим уже много десятилетий назад и подробно описан в любом учебнике по полному курсу ТОЭ. Например, в [1] данному вопросу посвящена первая глава (стр. 5-42). При изучении теории необходимо обратить внимание на такие вопросы, как

используемая в данном разделе терминология и тонкости ее применения (обратимые схемы, входные и взаимные проводимости, напряжения и падения напряжений и т.д.);

методы эквивалентных преобразований электрических цепей; Важно не запомнить, а понять основные принципы, заложенные в

тот или иной метод расчета. При этом важно уяснить, для каких ситуаций лучше подходит тот или иной метод и какова область его применимости.

Используемые элементы, приборы и принадлежности

1.Лабораторные источники напряжения и тока

2.Постоянные резисторы различных номиналов

3.Электромонтажный инструмент для сборки схемы в соответствии с индивидуальным заданием.

4.Программа MultiSIM.

5.Программа MathCAD.

6.Файлы моделей схем для исследования цепей постоянного тока.

Задание

1.Собрать схему в соответствии с полученным индивидуальным заданием, подключив к ней прибор для измерения тока в указанной ветви цепи. Перед сборкой схемы предварительно измерить фактическое значение сопротивлений всех входящих в схему элементов.

40