лабораторные работы на NI ELVIS

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»

Кафедра конструирования и технологии радиоэлектронных средств

Методические указания к лабораторным работам

по дисциплине “Начальный практикум по электронике”

Владимир 2011

Лабораторная работа №1

Цель работы: Определение параметров электрорадиоэлементов (ЭРЭ) при помощи программно-аппаратная среда NI ELVIS.

Теоретическая часть

При протекании электрического тока по проводнику направленно перемещающиеся электроны одновременно участвуют и в хаотическом тепловом движении совместно с молекулами, атомами и ионами проводника. Движущиеся по проводнику электроны отдают часть кинетической энергии, приобретенной за счет энергии электрического поля, созданного источником электрической энергии. Хаотическое движение молекул и других частиц становится интенсивнее, что обнаруживается повышением температуры проводника. В проводнике создается сопротивление, противодействие протеканию электрического тока. Электрическая энергия в проводнике преобразуется в тепловую. Физическая величина, характеризующая противодействие протеканию электрического тока в проводнике, обусловленное хаотическим движением частиц проводника и особенностями его внутреннего строения, называется СОПРОТИВЛЕНИЕМ проводника.

Сопротивление участка цепи, не содержащего источника электродвижущей силы (э.д.с.), измеряется величиной напряжения на этом участке, необходимым для получения в нем тока, равного единице.

R =UI

За единицу сопротивления в системе СИ принимается Ом. Омом называется сопротивление такого проводника, по которому протекает ток в один Ампер при напряжении на его концах в один Вольт. Радиоэлемент или радиодеталь, в которой в концентрированном виде реализуется физическая величина - сопротивление, называется резистором.

Самым используемым элементом в радиотехнических устройствах является - резистор (старое название - сопротивление). Выпускается два вида резисторов: стабильные и общего назначения. Производство стабильных резисторов дорого и поэтому они используются в дорогой высокоточной аппаратуре. Сопротивление резисторов общего назначения может изменяться в пределах 10% (зависит от ТКС). У обычных резисторов ТКС

(Температурный Коэффициент Сопротивления)

Рис.1.1. Пример резисторов

положителен, то есть с увеличением температуры увеличивается сопротивление. Только у одного простого элемента он отрицателен: у углерода.

Одной из основных характеристик резистора является рассеваемая мощность. Рассеваемая мощность это мощность, которую резистор может рассеять без повреждения. Измеряется в ваттах. Находится по формуле мощность=ток2 *

сопротивление.

У каждого вещества есть свое сопротивление, у некоторых оно очень большое (дерево, пластмасса), у других маленькое (металлы, жидкости). Сопротивление зависит от материала (у золота оно будет меньше, чем у алюминия), от длинны проводника (зависимость прямая: чем длиннее, тем больше сопротивление) и от площади среза проводника (чем площадь больше, тем сопротивление меньше).

КОHСТРУКЦИИ РЕЗИСТОРОВ

Констpуктивное исполнение pезистоpов pассмотpим на пpимеpе шиpоко pаспpостpаненных в pадиоэлектpонике pезистоpов типа МЛТ. Констpуктивно постоянный непpоволочный МЛТ (Металлизиpованный Лакиpованный Теплостойкий) pезистоp содеpжит цилиндpическую кеpамическую основу в виде тpубки или стеpжня, на котоpую нанесен тонкий металлизиpованный слой пленки из специального pезистивного матеpиала. Толщина пленки составляет доли микpометpа пpи всех номиналах. Различие в величинах номиналов сопpотивлений достигается изменением состава pезистивного слоя и числа витков спиpали, наpезанной на цилиндpической повеpхности кеpамической основы. Детали констpукции pезистоpа показаны на pис. 2 .

Рис. 1.2 . Конструкция резистора МЛТ

1 - наружное влагостойкое эмалевое покрытие;

2 - резистивная плёнка, токопроводящий слой;

3- керамическая основа резистора;

4- металлический колпачок;

5- осевые металлические выводы.

Hа противоположных концах керамической основы располагаются металлические колпачки с осевыми пpоволочными выводами. С помощью этих выводов pезистоp подпаивается в электpическую схему. С наpужной стоpоны для защиты токоведущего pезистивного слоя и всего pезистоpа от воздействия влаги и от механических повpеждений наносится слой влагостойкой оpганической эмали. Наиболее часто для pезистоpов типа МЛТ пpименяется

эмалевое покpытие кpасного цвета, на повеpхность котоpого наносится маpкиpовка pезистоpа.

Если при сборке схемы вы не обнаружили резистор с нужным сопротивлением, то можно поставить два и более резистора последовательно (их суммарное сопротивление и будет нужным сопротивлением). Можно поставить параллельно и найти их сопротивление по формуле 1/Rобш = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3.

Большинство резисторов маркируется цветовыми полосками (обычно их четыре, реже 5 и 6), или цифровым обозначением. Например, 1R означает, что резистор имеет сопротивление в 1 ом, 1.5K - в 1.5 килоом (1500 ом).

Существуют так же и переменные резисторы, обладающие способностью изменять своё сопротивление. Их применяют для изменения тока, напряжения и др. (например: изменение громкости и тембра). Чаще всего на принципиальной схеме отображаются так:

Обозначение резисторов на схемах

а) обозначение, принятое в России и в Европе б) принятое в США

В России условные графические обозначения резисторов на схемах должны соответствовать ГОСТ 2.728-74. В соответствии с ним, постоянные резисторы обозначаются следующими образом:

Обозначение по ГОСТ 2.728Описание

74

Постоянный резистор без указания номинальной мощности рассеивания Постоянный резистор номинальной мощностью рассеивания

0,05 Вт Постоянный резистор номинальной мощностью рассеивания

0,125 Вт Постоянный резистор номинальной мощностью рассеивания

0,25 Вт

Постоянный резистор номинальной мощностью рассеивания

0,5 Вт Постоянный резистор номинальной мощностью рассеивания 1 Вт

Постоянный резистор номинальной мощностью рассеивания 2 Вт Постоянный резистор номинальной мощностью рассеивания 5 Вт

Цепи, состоящие из резисторов

При последовательном соединении резисторов их сопротивления складываются

Доказательство:

Так как общая разность потенциалов равна сумме её составляющих:

А из закона Ома падение напряжения на каждом сопротивлении равно:

при этом из закона сохранения заряда, через все резисторы идёт одинаковый ток , поэтому подставляя в формулу для суммы напряжений закон Ома, записываем:

Делим всё на ток и получаем:

При параллельном соединении резисторов складываются величины, обратные

пропорциональные сопротивлению (то есть общая проводимость

Если цепь можно разбить на вложенные подблоки, последовательно или параллельно включённые между собой, то сначала считают сопротивление каждого подблока, потом заменяют каждый подблок его эквивалентным сопротивлением, таким образом находя общее(искомое) сопротивление.

Доказательство:

Так как заряд при разветвлении тока сохраняется, то:

Из закона Ома ток через каждый резистор равен: , но разность потенциалов на всех резисторах будет одинакова, поэтому перепишем

уравнение суммы токов:

общее сопротивление

Пример

Схема состоит из двух параллельно включённых блоков, один из них состоит из последовательно включённых резисторов и , общим сопротивлением , другой из резистора , общая проводимость будет равна

, то есть общее сопротивление . Для расчёта таких цепей из резисторов, которые нельзя разбить на блоки

последовательно или параллельно соединённые между собой, применяют правила Кирхгофа. Иногда для упрощения расчётов бывает полезно

использовать преобразование треугольник-звезда и применять принципы симметрии.

Цветовая маркировка номинального сопротивления и допуска отечественных резисторов

Цветовая маркировка наносится в виде четырёх или пяти цветных колец. Каждому цвету соответствует определённое цифровое значение (табл. 1). У резисторов с четырьмя цветными кольцами первое и второе кольца обозначают величину сопротивления в омах, третье кольцо - множитель, на который необходимо умножить номинальную величину сопротивления, а четвертое кольцо определяет величину допуска в процентах.

Рис. 2.4. Маркировка отечественных резисторов

NI ELVIS – рабочая среда создания прототипов

Программно-аппаратная среда NI ELVIS включает в себя аппаратную составляющую для построения схем и выполнения

измерений и программное обеспечение NI ELVIS. Программное обеспечение NI ELVIS было создано в Lab VIEW и состоит из двух компонентов: интерактивных панелей управления (soft front panel - SFP) и

интерфейсов прикладного программирования в LabVIEW (LabVIEW APIs), которые представляют собой виртуальные приборы (ВП) LabVIEW для программирования функций и управления настольной рабочей станцией NI ELVIS.

В этой работе представлено программное средство — цифровой мультиметр DMM, а также рассматривается использование разъемов на лицевой панели рабочей станции для проведения измерений с помощью DMM.

Рабочая станция кроме четырех рассматриваемых разъемов для DMM, имеет дублирующиеся на макетной плате, которые обозначены следующим образом:

Интерактивные панели управления (ИПУ), используемые в данной лабораторной работе

Цифровой омметр DMM[Ω], цифровой измеритель емкости DMM[C] и цифровой вольтметр DMM[V].

Компоненты, используемые в данной лабораторной работе

Резистор R1 номиналом 1 кОм (Здесь и далее указывается цветовая кодировка элемента: коричневый, черный, красный)

Резистор R2 номиналом 2.2 кОм (красный, красный, красный) Резистор R3 номиналом 1 МОм (коричневый, черный, зеленый) Конденсатор С емкостью 1 мкФ

Упражнение 1.1. Измерение величин электронных компонентов

Присоедините две однополюсных вилки (тип banana) к токовым входам DMM на лицевой панели рабочей станции.

Два других конца присоедините к любому из резисторов. Запустите программное обеспечение NI ELVIS. После инициализации на экране появится набор интерактивных инструментов, которые выполнены в LabVIEW.

Выберите Digital Multimeter (цифровой мультиметр).