Комп’ютерні технології в електротехніці та електроніці

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

<<Київський політехнічний інститут >>

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

ДО ВИКОНАННЯ ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ

З ДИСЦИПЛІНИ “ПРОМИСЛОВА ЕЛЕКТРОНІКА”

Для студентів напрямку “Електротехніка та електротехнологія”

Київ 2010

Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з дисципліни «Промислова електроніка» для студентів напрямку “Електротехніка та електротехнологія” /Уклад.: Кучеренко М. Є., Побєдаш К.,К., Скринник О. М., Трубіцин К., В., Зіменков Д. К. –К.: ІВЦ Видавництво «Політехніка», 2009. – 33 с.

Укладачі: Кучеренко Микола Єлисейович,

Побєдаш Костянтин Каленикович,

Скринник Олексій Миколайович,

Трубіцин Костянтин Вікторович,

Зіменков Дмитро Костянтинович.

Відповідальний редактор Сільвестров А. М.

Рецензенти: Кулєшов Ю. Є., к.т.н., проф.

………………………………………….…..

Вступ

Лабораторні роботи до дисципліни «Промислова електроніка», як правило, проводяться традиційно на фізичних макетах. Необхідність в таких роботах незаперечна. Проте реальні лабораторні установки мають ряд обмежень. Перш за все вони недостатньо універсальні , їх кількість в лабораторії обмежена, робота на них небезпечна як для студентів так і для самих лабораторних установок. Такі роботи виконуються, як правило, бригадою. Кожна бригада налічує декілька чоловік, тому практично неможливо кожному дати індивідуальні завдання. Останнім часом все більше розповсюдження знаходить дистанційна форма навчання. В цьому випадку студент практично не має можливості виконувати роботи на реальних установках.

Розширити можливості студентів освоювати дисципліну «Промислова електроніка», особливо в зв’язку зі збільшенням вимог до самостійної роботи студентів та широким упровадженням дистанційних форм навчання покликані комп’ютерні технології в навчанні.

Серед можливих варіантів програм вибрано, на погляд авторів, найпростішу у використанні і досконалу, а саме Electronics Workbench (EWB). Наявність у програмі віртуальних контрольно-вимірювальних приладів дозволяє планувати та проводити широкий спектр експериментів: від навчальних дослідів до дослідження реальних пристроїв. Такий підхід – ідеальний засіб для навчання, оскільки дає змогу зняти майже всі обмеження щодо елементної бази та контрольно-вимірювальних приладів, а також проблеми, пов’язані з можливістю некоректних дій експериментатора.

Виконання лабораторних робіт з використанням програми EWB дає змогу експериментального дослідження сталих і перехідних процесів в електронних пристроях, безпосередньо спостерігати на екрані мультимедійного осцилографа змінні їх електричного стану у часі, порівнювати результати розрахунків та моделювання, досліджувати залежності цих змінних від параметрів елементів схем, в тому числі і в аварійних режимах, що неможливо на реальних лабораторних стендах

Програма EWB, як навчальна, розвиває творчий почин у навчанні і студент може виконувати не тільки завдання викладача, а пропонувати й апробувати свої технічні рішення.

Завдання до лабораторних робіт методично відпрацьовані зі студентами інституту енергозбереження та енергоменеджменту НТУУ "КПІ". Перелік лабораторних робіт та обсяги завдань до їх виконання можуть бути змінені в залежності від обсягу учбових годин відповідних спеціальностей.

Лабораторна робота №1 Програма схемотехнічного моделювання

Electronics Workbench (EWB)

Мета роботи: ознайомлення з програмою EWB та набуття навичок моделювання на прикладі дослідження RC–кіл з послідовним і паралельним з’єднаннями.

Робоче завдання

1

Рис. 1

. Ознайомитись з робочим вікном програми, компонентами програми і установленням їх параметрів та процедурою побудови експериментальних моделей.

2. Ознайомитись з контрольно–вимірювальними приладами програми: амперметром, вольтметром, мультиметром, функціональним генератором, осцилографом та графопобудовником (Bode Plotter).

3

Рис. 2

. Побудувати експериментальну модель електричного кола з послідовним з’єднаннями R і C елементів (рис. 1), приєднаних до джерела несинусоїдальної напруги: u=U₀+U_m·sinωt B. В якості джерела несинусоїдальної напруги використати функціональний генератор, рис. 2. Параметри елементів кола встановити відповідно до варіанту завдання, (додаток, табл. 1).

4. Виміряти за допомогою вольтметра і мультиметра напруги на ємності і резисторі в режимах постійного та змінного струмів. Виміряні значення записати в таблицю 1.

Примітка: в режимі змінного струму покази приладів в діючих значеннях.

Таблиця 1

Значення напруг, В	UC–	UR–	UC~	UR~
Вимірювальні
Розрахункові

5

Рис. 3

. Одержати осцилограми вхідної напруги і напруг на R і C елементах в режимі відкритого входу осцилографа.

6

Рис. 4

. Побудувати експериментальну модель електричного кола з паралельним з’єднанням R і C елементів, рис. 3. Несинусоїдальний струм i=I₀+I_m·sinωt подати джерелами постійного і синусоїдального струмів, рис. 4. Параметри елементів кола встановити відповідно до варіанту завдання.

7. Виміряти струми в ємності і резисторі та напругу на резисторі в режимах постійного та змінного струмів. Виміряні значення записати в таблицю 2.

Таблиця 2

Значення струмів, mА і напруг, В	IC–	IR–	IC~	IR~	UR–	UR~
Вимірювальні
Розрахункові

Обробка результатів експериментів

1. Виконати розрахунки електричних кіл (рис. 1 та 3) і визначити величини відповідно до таблиць 1 і 2. Результати розрахунку записати у відповідні таблиці.

2. Побудувати осцилограми вхідної напруги та напруг на елементах для електричного кола, що на рис. 1.

Контрольні запитання і завдання

1. Як будувати експериментальну модель на робочому полі програмного середовища EBW та установлювати параметри її компонент?

2. Пояснити порядок користування контрольно–вимірювальними приладами програми: амперметром, вольтметром, мультиметром, функціональним генератором, осцилографом та графопобудовником (Bode Plotter).

3. Зробити аналіз результатів вимірювань згідно п. 4 і 7 і відповідних розрахунків.

4. Ємність в електричному колі, що на рис. 1, називають роз’єднувальною. Чому? Яке співвідношення має бути в такому разі між ємнісним опором і опором резистора?

5. Яким чином впливає співвідношення між ємнісним опором і опором резистора в електричному колі, що на рис. 3, на значення постійної складової напруги на резисторі?

О

сцилограми загальної напруги та напруг

на елементах електричного кола (рис. 1), М_u= В/см, М_t= сек./см

Лабораторна робота №2

Напівпровідникові випрямні діоди

Мета роботи: дослідження і побудова вольт–амперних характеристик випрямних діодів та визначення статичних і динамічних опорів на робочих ділянках їх характеристик.

Р

Рис. 1

обоче завдання

1. Побудувати експериментальну модель схеми дослідження прямого включення випрямного діода, рис. 1. Тип діода встановити в діалоговому вікні Diode Properties, (бібліотека motorol 1) за номером відповідно до номеру прізвища студента в журналі учбової групи.)

2. Змінюючи значення струму джерела струму в діапазоні 0 ÷ 100 mA записати відповідні значення напруги на діоді в таблицю 1 (значення струмів джерела встановлювати довільно в залежності від зміни напруги на діоді попереднього виміру).

Примітка: процес дослідження можна спростити, використовуючи опцію Parameter Sweep меню Analysis, попередньо визначивши ноди (вузли) експериментальної моделі за процедурою Circus → Schematic Options → Show nodes.

Н

Рис. 2 Рис. 3

а рис. 2 подано діалогове вікно опції Parameter Sweep. В діалоговому вікні встановлений діапазон зміни струму джерела (0 ÷ 100 mА), ступінь зміни струму бази (1 mА) та номер вузла (нода 2), що визначає напругу на діоді відносно загальної точки.

Після натискання кнопки Simulate і закінчення цієї команди з’явиться результат аналізу у вигляді характеристики, числові значення координат точок на якій (напруг (Voltage) та струму (Current)) визначаються відповідно до місця знаходження на ній візирних ліній. Для цього потрібно активізувати кнопку Toggle Cursors, рис. 3.

Переміщаючи візирні лінії по характеристиці, визначити координати її характерних точок і занести у таблицю 1.

Таблиця 1

U, B
I, mA

3

Рис.4

. Побудувати експериментальну модель для дослідження зворотного включення випрямного діода, рис. 4.

4. Змінюючи значення зворотної напруги джерела напруги в діапазоні (0 ÷ 1.05)·U_зв.max, записати відповідні значення струму діода у таблицю 2 (U_зв.max (BV) – значення напруги пробою діода, що зазначено в діалоговому вікні Diode Properties → Sheet 1).

Примітка: процес дослідження можна спростити, використовуючи опцію Parameter Sweep меню Analysis (значення струму діода визначити за спадом напруги на опорі R1=1 Oм ).

Таблиця 2

U, B
I, mA