Оборудование используемое в лабораторной работе

⇐ ПредыдущаяСтр 9 из 18Следующая ⇒

Всё оборудование располагается на столе. На стол устанавливается специальная рама с подставкой, в которой устанавливаются блок генераторов с наборным полем, блок мультиметров, и блок однофазного источника питания. Расположение блоков в раме жёстко не фиксировано. Оно может изменяться для удобства проведения того или иного конкретного эксперимента. В выдвижном ящике подставки хранятся соединительные провода, перемычки и шнуры питания, методические материалы. Ящик имеют встроенный замок.

Наборы миниблоков располагаются на столе. На стол устанавливается также осциллограф.

Однофазный источник питается от трёхпроводной однофазной сети (фаза, ноль и земля). В нём смонтированы устройство защитного отключения при нарушении изоляции, автомат для защиты от сверхтоков и блок розеток и разъёмов (на тыльной стороне блока) для подключения всех остальных блоков и осциллографа. На рисунке 5.1 представлено рабочее место для проведения лабораторных работ.

Рисунок 5.1 Стенд для лабораторных работ

Блок генераторов напряжений с наборным полем (код 213.3)

Общий вид блока генераторов напряжений показан на рисунке 5.2. В левой части расположены органы управления источников питания, в правой – гнёзда для подключения исследуемых элементов электрической цепи (миниблоков). В нижней части показан фрагмент электрической цепи, собранной на наборном поле.

Рисунок 5.2 Блок генераторов

Все источники напряжений включаются и выключаются общим выключателем «СЕТЬ» и защищены от внутренних коротких замыканий плавким предохранителем с номинальным током 0, 5 А.

На лицевой панели блока указаны номинальные напряжение и ток каждого источника напряжения, а также диапазоны изменения регулируемых выходных величин. Все источники напряжений имеют общую точку «0», не соединённую с заземлённым корпусом блока. Источники защищены от перегрузок и внешних коротких замыканий самовосстанавливающимися предохранителями с номинальным током 0, 2 А. О срабатывании предохранителя свидетельствует индикатор «I > ».

Источник синусоидальных напряжений содержит трёхфазный регулируемый по амплитуде выходного напряжения преобразователь однофазного напряжения 50 Гц в трёхфазное напряжение (U_ф = 0…8 В). Выходное сопротивление трёхфазного источника в рабочем диапазоне токов близко к нулю.

Генератор напряжений специальной формы вырабатывает на выходе синусоидальный, прямоугольный двухполярный, прямоугольный однополярный или треугольный сигнал в зависимости от положения переключателя «ФОРМА». Выходное сопротивление генератора в рабочем диапазоне токов также близко к нулю. Частота сигнала регулируется десятиоборотным потенциометром «ЧАСТОТА» с цифровой индикацией положения подвижной части и переключателем диапазонов «МНОЖИТЕЛЬ». Имеется три диапазона регулирования частоты:

× 1 – от 25…30 до 1020…1025 Гц (индикация в окошке счётчика соответствует частоте в герцах);

× 10 – от 250…300 до 10200…10250 Гц (показание счётчика, умноженное на 10, соответствует частоте в герцах);

× 100 – от 2500…3000 до 102000…102500 Гц (показание счётчика, умноженное на 100, соответствует частоте в герцах).

Частота выходного напряжения не зависит как от формы и амплитуды сигнала, так и от тока нагрузки.

Амплитуда выходного сигнала регулируется потенциометром «АМПЛ». При положениях переключателя диапазонов × 1 и × 10 амплитуда регулируется от 0 до 12…12, 5 В, а при положении × 100 - от 0 до 6…6.5 В.

Генератор постоянных напряжений содержит два источника стабилизированного напряжения +15 В и – 15 В относительно общей точки 0 и регулируемый источник от -13 В до + 13 В. Выходные сопротивления этих источников также близки к нулю. Регулируемый источник допускает режим работы с обратным током (режим потребления энергии).

Наборная панель, расположенная справа от генератора напряжений служит для расположения на ней миниблоков в соответствии со схемой данного опыта.

Гнёзда на этой панели соединены в узлы, как показано на ней линями. Поэтому часть соединений выполняется автоматически при установке миниблоков в гнёзда панели. Остальные соединения выполняются проводами и перемычками. Так на фрагменте цепи, показанной на рисунке 5.2, напряжение от фазы С трёхфазного источника подводится с помощью перемычки к одной из обмоток трансформатора. К другой обмотке подключены резистор и конденсатор, соединённые последовательно. Общая точка «0» источников подсоединена к цепи проводом.

Для измерения токов в ветвях цепи удаляется одна из перемычек и вместо неё в образовавшийся разрыв включается амперметр. Для измерения напряжений на элементах цепи параллельно рассматриваемому элементу включается вольтметр.

Миниблоки представляют собой отдельные элементы электрических цепей (резисторы, конденсаторы, индуктивности диоды, транзисторы и т.п.), помещённые в прозрачные корпуса, имеющие штыри для соединения с гнёздами наборной панели. Некоторые миниблоки содержат несколько элементов, соединённых между собой, или более сложные функциональные блоки. На этикетках миниблоков изображены условные обозначения элементов или упрощённые электрические схемы их соединения, показано расположение выводов и приведены некоторые технические характеристики. Миниблоки хранятся в специальном контейнере.

Для индетификации миниблоков им присвоены коды.

Набор 600.15 состоит только из одноэлементных миниблоков. Он содержит резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности.

Набор 600.16 содержит одноэлементные миниблоки с отдельными полупроводниковыми приборами и микросхемами, а также миниблоки с различными полупроводниковыми устройствами. Общий вид контейнера (600.16) с миниблоками представлен на рисунке 5.3

В табл. 5.1 приведены характеристики одноэлементных миниблоков, входящих в оба набора, а ниже дано описание более сложных миниблоков.

Таблица 5.1

Наименование и характеристики	Кол.	Наименование и характеристики	Кол.
Резисторы МЛТ, 2 Вт, ±5% (или ±10%): 1 Ом 10 Ом 22 Ом 33 Ом 47 Ом 68 Ом 100 Ом 150 Ом 220 Ом 330 Ом 470 Ом 680 Ом 1 кОм 2, 2 кОм 3, 3 кОм 4, 7 кОм 10 кОм 15 кОм 22 кОм 33 кОм 47 кОм 100 кОм 1 Мом		Конденсаторы К73-17, 63 или 100 В 0, 01 мкФ 0, 022 мкФ 0, 1 мкФ 0, 22 мкФ 0, 47 мкФ 1 мкФ Конденсатор К10-17, 25 В 4, 7 мкФ Конденсаторы К50-35 или SR, 25, 50 или 63 В 10 мкФ 47 мкФ 100 мкФ 470 мкФ Индуктивности СW-68 10 мкГн I_макс=1300 мА, R=0, 09 Ом 22 мкГн I_макс=960 мА, R=0, 12 Ом 47 мкГн I_макс=830 мА, R=0, 23 Ом 100 мкГн I_макс=710 мА, R=0, 44 Ом 1 мГн I_макс=210 мА, R=4, 55 Ом

Продолжение таблицы 5.1

Потенциометры СП4-2М 1 Вт: 1 кОм 10 кОм Лампа сигнальная СМН-10-55 10 В, 55 мА Диоды выпрямит. КД226 (1N5408) 100 В, 1, 7 А Диод импульсный КД522Б 100 мА, 50 В Диод Шотки 1N5819 1А 40 В, Uпр < 0, 6В Стабилитрон КС456 5, 6 В, I_{мин/макс} =3…139 мА, Светодиод АЛ307Б(красный) 2 В, 20 мА Варикап КВ105А 400…600 пФ, U_{макс обр}=90 В, I_обр=20мкА Динистор КН102А I_пр.=2 А, U_пр.=1, 5 В, U_закр.=5 В ТиристорВТ149 I_пр.=0, 8 А, U_пр.=1, 2 В, U_закр.=400 В, I_упр._откр.< 200 мкА, U_упр._откр.< 0, 8 В СимисторМАС97А6 I_откр.=0, 6 А, U_откр.=1, 4 В, U_закр.=400 В, I_упр._откр.< 7мА,

Транзисторы биполярные: КТ502Г pnp, b=80…240, U_кб=60 В, U_бэ=5 В, I_к=150 мА КТ503Г npn, b=80…240, U_кб=60 В, U_бэ=5 В, I_к=150 мА Транзисторы полевые с pn переходом: КП103Е канал типа р, S=2, 8 мА/В, U_си=10 В, U_зс=17 В, U_зи=10 В КП303Е канал типа n, S> 4 мА/В, U_си=25 В, U_зс=30 В, U_зи=30 В, I_с=20 мА Транзисторы полевые с изолированным затвором: IFRD024 с индуцированным каналом типа р, U_си=60 В, U_зи=±20 В, I_с=2, 5 А, R_откр=0, 1 Ом IFRD9024 с индуцированным каналом типа n, U_си=-60 В, U_зи=±20 В, I_с=1, 6 А, R_откр=0, 28 Ом Линейный стабилизатор напряжения L7805CV 5 В (±4%), 1, 5 А, U_{вх.макс}=35 В

1. Миниблок «ОЭП13» содержит резистивную оптопару ОЭП13 и токоограничивающий резистор 1 кОм, включённый последовательно со светоизлучающим прибором – лампой накаливания. Это позволяет включать миниблок на напряжение до 30 В без добавочных сопротивлений. Выходное темновое сопротивление фоторезистора не менее 1, 5× 10⁸ Ом, световое при I_вх=16 мА – не более 3× 10³ Ом.

Предельные эксплуатационные данные: входной средний ток оптопары 20 мА, выходной ток – 2 мА, напряжение изоляции – 100 В, выходная мощность рассеяния – 25 мВт.

2. Миниблок «3ОД101Б» содержит диодную оптопару 3ОД101Б, токоограничивющий резистор 1, 5 кОм, включённый последовательно со светодиодом и диод КД522, шунтирующий светодиод в обратном направлении. Это позволяет включать миниблок на напряжение до 30 В без добавочных сопротивлений и не опасаться пробоя светодиода при подаче на него обратного напряжения. Коэффициент передачи по току при I_вх=10 мА составляет 1, 5%.

Предельные эксплуатационные данные: входной постоянный ток оптопары 20 мА, входное обратное напряжение 3, 5 В, выходное обратное напряжение 100 В, выходной ток – 2 мА.

3. Миниблок «АОТ110А» (рисунок 5.3) содержит транзисторную оптопару АОТ110А, токоограничивющий резистор 1, 5 кОм, включённый последовательно со светодиодом и диод КД522, шунтирующий светодиод в обратном направлении. Это позволяет включать миниблок на напряжение до 30 В без добавочных сопротивлений и не опасаться пробоя светодиода при подаче на него обратного напряжения. Кроме того, эмиттерный переход зашунтирован сопротивлением 100 кОм.

Предельные эксплуатационные данные: входной постоянный ток оптопары 30 мА, входное обратное напряжение 0, 7 В, коммутируемое напряжение 100 В, выходной ток – 200 мА, напряжение изоляции – 100 В, выходная мощность рассеяния – 360 мВт.

НАБОР МИНИБЛОКОВ

XR8038

Вх.

ADP1111

Обр. св.

вх

Общ.

LM393

пит

Общ.

Разряд

Пуск

Порог

Выход

NE555

ОЭП13

3ОД101Б

МОС3010

КТ503Г

КТ502Г

КД226

КД522

КВ105А

1N5819

КН102А

УКОЭ

ВХ

25 Гц

...100кГц

0, 1...8 В

ВЫХ

0, 1...8 В

ИП

ФУТ

10 В

55 мА

МАС97А6

ВТ149

КП303Е

КП103Е

L7805

АЛ307

АОТ110А

КС456

600.16

140УД608А

IRFD024

IRFD9024

Рисунок 5.3 Миниблок «АОТ110А»

4. Миниблок «МОС3010» содержит симисторную оптопару МОС3010, токоограничивющий резистор 1, 5 кОм, включённый последовательно со светодиодом и диод КД522, шунтирующий светодиод в обратном направлении. Это позволяет включать миниблок на напряжение до 30 В без добавочных сопротивлений и не опасаться пробоя светодиода при подаче на него обратного напряжения. Остаточное напряжение симистора в открытом состоянии – не более 1, 8 В, открывающий входной ток – не более 15 мА.

Предельные эксплуатационные данные: входной постоянный ток оптопары 60 мА, выходной – 100 мА, входное обратное напряжение 3 В, коммутируемое напряжение 250 В, напряжение изоляции – 5300 В, выходная мощность рассеяния – 300 мВт.

5. Миниблок «Измерительный преобразователь» (ИП) служит для измерения высокочастотных сигналов, например, при снятии частотных характеристик электрических цепей. Необходимость в этом миниблоке обусловлена тем, что диапазон частот мультиметров, входящих в комплект стенда, составляет от 40 до 400 Гц. В миниблоке смонтирован выпрямитель на быстродействующем операционном усилителе LF357N. На вход миниблока подаётся синусоидальное измеряемое напряжение, а к выходу подключается мультиметр в режиме измерения постоянного напряжения. Коэффициент передачи выпрямителя подобран так, что величина постоянного выходного напряжения равна действующему значению переменного входного напряжения. При увеличении частоты погрешность измерения возрастает и на частоте 100кГц может достигать 5…10%.

6. Миниблок «Трансформатор». Трансформатор выполнен на разъёмном U-образном сердечнике из электротехнической стали с толщиной листа 0, 08 мм. Сечение сердечника 16´ 12 мм. На сердечнике установлены катушки 900 и 300 витков. Номинальные параметры трансформатора при частоте 50 Гц приведены в таблице 5.2. Если между половинками сердечника вставить полоски бумаги (немагнитный зазор), то устройство можно использовать в качестве дросселя.

Таблица 5.2

W	U_H, B	I_H, мА	R, Ом	S_H, ВА
			4, 8	1, 4
		66, 7		1, 4

7. Миниблок «140УД608» содержит операционный усилитель КР140УД608 или импортный аналог ОР-07С, подстроечный резистор для балансировки и два диода, защищающие микросхему от подачи обратного напряжения питания.

Основные характеристики: напряжение питания ±15 В, потребляемый ток < 5 мА, входной ток < 7 нА, напряжение смещения < 150 мкВ, коэффициент усиления > 27000, частота единичного усиления > 0, 3 МГц.

8. Миниблок «LM393» содержит сдвоенный компаратор LM393 и диоды, защищающие микросхему от подачи обратного напряжения питания. Ввиду большого количества выводов микросхемы, часть их подсоединена к штырям, которыми миниблок вставляется в наборную панель, а другая часть – к гнёздам на крышке миниблока. Выходной каскад компаратора представляет собой транзистор с открытым коллектором.

Основные характеристики: напряжение питания от +2 до +36 В или от ±1 В до ±18 В, входное напряжение от -0, 3 до +36 В, потребляемый ток < 1 мА(при U_пит = 15 В), входной ток < 250 нА, выходной ток – до 20 мА, напряжение смещения < 5 мВ, низкий уровень выходного напряжения -400 мВ, коэффициент усиления > 50000.

9. Миниблок «NE555» содержит таймер NE555 и конденсатор, подключённый между выводом 5 (опорное напряжение) и общей точкой для сглаживания помех, приходящих по цепи питания.

Основные характеристики: напряжение питания от +4, 5 до +18 В, потребляемый ток < 15 мА (при U_пит = 15 В), входной ток < 500нА, выходной ток –до 200 мА, максимальная частота импульсов 0, 5 МГц.

10. Миниблок «XR-8038» содержит функциональный генератор XR-8038А, два диода, защищающие микросхему от подачи обратного напряжения питания и резистор 10 кОм, включённый в цепь открытого коллектора выходного транзистора микросхемы для формирования прямоугольных импульсов на выходе.

Общие характеристики: напряжение питания от 10 до 30 В или от ±5 до ±15 В, потребляемый ток 12…20 мА.

Частотные характеристики: Диапазон генерируемых частот от 0, 001 Гц до 200 кГц, максимальная частота модуляции 100 кГц, диапазон модуляции 1000: 1, линейность в диапазоне модуляции 10: 1 составляет 0, 2%.

Выходные характеристики: двойная амплитуда выходного напряжения прямоугольной формы (0, 9…0, 98)U_пит, треугольной формы (0, 3…0, 33)U_пит, синусоидальной формы (0, 2…0, 22)U_пит, нелинейные искажения без коррекции формы 0, 8…3%, выходное сопротивление 200 Ом.

11. Миниблок «Усилительный каскад с общим эмиттером» (УКОЭ) служит для исследования однокаскадных и двухкаскадных транзисторных усилителей. Его схема изображена на рисунке 5.4. Конденсатор С1 является разделительным, а конденсатор С2 служит для уменьшения верхней границы полосы пропускания.

Рисунок 5.4 Миниблок УКОЭ

12. Миниблок «Фазовое управление тиристора» (ФУТ) содержит маломощный тиристор ВТ149 и генератор импульсов (рис. 5.5). Генератор импульсов выполнен на однопереходном транзисторе VT1. При подаче полуволны напряжения на анод запертого тиристора конденсатор C1 заряжается через сопротивления R₁, и R₃. Когда напряжение на конденсаторе достигает значения 0, 7…0, 8 от напряжения стабилизации стабилитрона (т.е. на верхнем выводе базы КТ317Г), транзистор открывается и конденсатор разряжается по цепи эмиттер – база – управляющий электрод – катод тиристора. Тиристор отпирается, создает цепь для протекания тока через нагрузку и одновременно шунтирует генератор импульсов. Скорость заряда конденсатора и, следовательно, задержка подачи отпирающего импульса по отношению к моменту подачи положительного напряжения на анод тиристора регулируется потенциометром R₃. Вывод Х2 служит только для наблюдения импульсов управления с помощью осциллографа.

Рисунок 5.5 Схема миниблока ФУТ

9. Миниблок «ADP1111» содержит импульсный стабилизатор напряжения ADP1111 с встроенным ключевым транзистором, шунтирующий диод Шотки для защиты микросхемы от подачи входного напряжения обратной полярности, электролитический конденсатор 10 мкФ, сглаживающий входное напряжение и резистор 100 Ом, включённый между выводами 1 и 2 микросхемы для ограничения амплитуды импульсов выходного тока.

Основные характеристики микросхемы: напряжение питания от 2 до 5 В в обратноходовой схеме преобразования (с повышением напряжения) и не более 30 В в прямоходовой схеме (с понижением напряжения), выходное напряжение 4, 75…5, 25 В, максимальный ток ключа 1, 5 А, максимальная рассеиваемая мощность 500 мВт, частота преобразования 54…88 кГц, скважность 43…65%.

Блок мультиметров (код 509.2)

Блок мультметров предназначен для измерения напряжений, токов, сопротивлений, а также для проверки диодов и транзисторов. Общий вид блока представлен на рисунке 5.6 В нём установлены 2 серийно выпускаемых мультиметра MY60, MY62 или MY64. Подробная техническая информация о них и правила применения приводится в руководстве по эксплуатации изготовителя. В блоке установлен источник питания мультиметров от сети с выключателем и предохранителем на 1 А. На лицевую панель блока вынесены также четыре предохранителей защиты токовых цепей мультиметров.

Рисунок 5.6 Блок мультиметров

Для обеспечения надёжной длительной работы мультиметров соблюдайте следующие правила:

Не превышать допустимых перегрузочных значений, указанных в заводской инструкции для каждого рода работы.

Когда порядок измеряемой величины неизвестен, устанавливать переключатель пределов измерения на наибольшую величину.

Перед тем, как повернуть переключатель для смены рода работы (не для изменения предела измерения! ), отключать щупы от проверяемой цепи.

Не следует измерять сопротивление в цепи, к которой подведено напряжение.

Не следует так же измерять ёмкость конденсаторов, не убедившись, что они разряжены.

Присоединение мультиметра как вольтметра, амперметра и омметра показано на рисунок 5.7.

-.000

my-60

10A

COM

ON/OF

-.000

my-60

10A

COM

ON/OF

-.000

my-60

10A

COM

ON/OF

Рисунок 5.7 Присоединение мультиметра как вольтметра, амперметра и омметра

До подключения мультиметра к цепи необходимо выполнить следующие операции: выбрать род измеряемой величины: - V, ~ V, - A, ~ A или W; выбрать диапазон измерений соответственно ожидаемому результату измерений; правильно подсоединить зажимы мультиметра к исследуемой цепи.

5.2 Экспериментальная часть

Задание

Проверить работоспособность блока генераторов напряжений и измерительных приборов.

Порядок выполнения эксперимента

Необходимо собрать цепь согласно схеме рисунок 5.8, включив в нее для начала резистор R = 100Ом. Подать на вход питание от нерегулируемого источника постоянного напряжения +15 В, отрегулировать осциллограф и убедиться, что пульсации напряжения незначительны или отсутствуют, что напряжение равно 15±0, 5 В, а ток примерно равен 150 мА.

Переключить мультиметр для измерения тока 2 А, заменить резистор 100 Ом на 47 или 33 Ом, при этом убедившись, что появляются пульсации напряжения на выходе и через некоторое время срабатывает защита и включается сигнализация перегрузки.

ВХОД Y

Рисунок 5.8 Схема выполнения соединения осциллографа

Повторить этот опыт с другим нерегулируемым источником напряжения -15 В и с регулируемым источником при максимальном напряжении на его выходе. Проверить, как работает регулятор напряжения источника

Установить в схему резистор 47 Ом, переключить мультиметры для измерения синусоидальных сигналов и подключите к схеме генератор напряжений специальной формы.

Установить синусоидальный сигнал на выходе и убедитсь, что частота и амплитуда напряжения регулируются (по осциллографу). На частоте 1000 Гц (или какой нибудь другой) убедититься, что переключается форма сигнала. Внимание! Мультиметры не предназначены для измерения несинусоидальных токов и напряжений!

Заменить резистор 47 Ом на 22 Ом и убедитесь, что срабатывает защита и сигнализация перегрузки.

Снова включить в схему резистор 100 Ом, и, подключая к ней напряжения U_AO, U_BO_, U_CO, U_AB, U_BC и U_CA трёхфазного источника, убедившись что фазные напряжения регулируются в пределах от 0 до 8 В, а линейные в √ 3 раз больше. Замените резистор 100 Ом на 22 Ом и проверить работу защиты каждой фазы.

Полупроводниковые приборы

⇐ Предыдущая 4 5 6 7 8910 11 12 13 Следующая ⇒