Предисловие. Введение в лабораторный практикум

Введение в лабораторный практикум

«Линейные электрические цепи»

Рекомендовано УМО Ядерная физика и технологии в качестве учебно-методического пособия для студентов высших учебных заведений.

Москва 2011.

УДК 621.3

ББК 31

Г 92

Учебно-методическое пособие М.: НИЯУ МИФИ, 2011 – 77с.

Дается описание учебной лаборатории «Электрические цепи», рассматриваются принципы работы, структурные схемы построения и основные метрологические характеристики используемых в лаборатории современных средств измерений, освещаются методические принципы, лежащие в основе проведения как реального, так и выполняемого в процессе самостоятельной подготовки студентов виртуального эксперимента, и даётся описание лабораторной работы «Вводное занятие в лаборатории «Электрические цепи»».

Пособие предназначено для студентов дневных и очно-заочного факультетов, изучающих курсы «Теоретические основы электротехники», «Электротехника», «Теория электрических цепей», «Электроника и электротехника», «Электротехника и схемотехника», «Метрология, стандартизация и сертификация» и выполняющих лабораторные работы в практикуме «Электрические цепи».

Рецензент д.ф.м.н., проф. Н.М. Гаврилов

.© Национальный Исследовательский Ядерный Университет. «МИФИ», 2011

Пособие подготовлено в рамках Программы создания и развития НИЯУ МИФИ.

Содержание

Предисловие.............................................. 4

1. Учебная лаборатория «Электрические цепи»............... 5

1.1. Экспериментальные лабораторные панели................7

1.2. Двухканальный цифровой запоминающий осциллограф TDS2002B................................................. 9

1.2.1. Принцип действия цифрового запоминающего осциллографа...............................................9

1.2.2. Функциональные возможности, структурная схема и назначение функциональных областей и элементов управления осциллографа TDS2002B.................................... 11

1.2.3. Основные метрологические характеристики осциллографа TDS2002B............................................... 19

1.2.4. Техника измерений параметров сигналов................. 20

1.3. Генератор многофункциональный АНР-1002................31

І.3.1. Основные характеристики генератора.................... 31

І.3.2.Элементы управления и регулировки генератора............31

1.3.3. Режимы работы генератора..............................33

1.4. Вольтметр универсальный цифровой В7-35.................35

1.4.1. Основные технические характеристики прибора...........35

1.4.2. Структурная схема прибора, принцип действия и назначение органов регулировки....................................... 36

1.4.3. Техника измерений параметров сигналов................. 38

2. Лабораторная работа «Вводное занятие в учебной лаборатории «Электрические цепи».................... 44

2.1.1. Описание экспериментальной установки................. 44

2.1.2. Задание на эксперимент................................45

2.1.3. Домашнее задание.................................... 51

2.1.4. Указания к оформлению отчета......................... 52

2.1.5 Контрольные вопросы..................................55

Приложение1............................................. 57

Приложение2.............................................. 62

Список литературы........................................ 79

Предисловие.

Предлагаемое пособие состоит из двух частей – теоретической и практической, а также двух приложений.

В первой части описывается учебная лаборатория «Электрические цепи», представляющая собой лабораторный комплекс, и перечисляются методические принципы, положенные в основу проведения занятий, даётся описание экспериментального стенда, рассматриваются функциональные возможности комплекса и его компонентов, а также приводятся основные технические характеристики используемых приборов.

Вторая часть пособия содержит описание лабораторной работы «Вводное занятие в учебной лаборатории «Электрические цепи», традиционно включающее следующие разделы: цель работы, описание экспериментальной установки, задание на эксперимент, домашнее задание, указания к оформлению отчета и контрольные вопросы для проверки знаний.

В приложении 1 дается вывод соотношений, используемых при оценке погрешностей измерения электрических величин.

В приложении 2 описывается методика проведения предварительного (виртуального) эксперимента, выполняемого с использованием программной среды MultiSim10.1 и виртуальных приборов на персональных компьютерах.

К данному пособию прилагается CD-диск, на котором размещена демо- версия компьютерного моделирования методов измерения параметров линейных электрических цепей и анализа схем в среде MultiSim10.1.

1. Учебная лаборатория «Электрические цепи» Учебная лаборатория «Электрические цепи» (рис.1.1) предназначена для проведения лабораторных, практических и самостоятельных занятий с целью усвоения и закрепления знаний, получаемых студентами в ходе изучения курсов электротехнического цикла.

Процесс обучения в лаборатории базируется на следующих методических принципах:

- фронтальный метод выполнения работ;

- эффективный контроль знаний студентов, проводимый на этапах допуска к занятиям и защиты лабораторных работ;

- развитие навыков и форм самостоятельной работы;

- освоение современных средств измерительной и вычислительной техники;

- совмещение лабораторных занятий с практическими;

- реализация новых методов обучения и проведения физического эксперимента на основе использования новейших информационных и компьютерных технологий.

Отличительной особенностью современного подхода к созданию практикума на основе учебной лаборатории «Электрические цепи» является интегрирование в единый процесс реальных и виртуальных исследований и возможность их использования в режиме удаленного доступа. В результате такого подхода удается реализовать сетевой обучающий лабораторный аппаратно-программный комплекс коллективного пользования. Выполнение виртуальных экспериментов, осуществляемых в среде LabVIEW и проводимых в процессе самостоятельной подготовки студентов, способствует более качественному освоению изучаемых электротехнических дисциплин.

Основу учебной лаборатории составляют универсальные экспериментально-исследовательские стенды (рис.1.2). Кроме того, в ее состав входит система демонстрации электрических процессов в динамике с использованием большого экрана и управляемого компьютером проектора (см. рис. 1.1)

На базе компьютеров, входящих в состав универсальных стендов, создан компьютерный класс для 15 пользователей с выходом в Интернет.

Рис. 1.1. Лаборатория «Электрические цепи»

Каждый стенд укомплектован лабораторными панелями, число и вид которых может варьироваться в зависимости от задач исследования, персональным компьютером, двухканальным цифровым запоминающим осциллографом TDS 2002B, многофункциональным генератором АНР-1002, вольтметром универсальным цифровым В7-35, мультиметром АМ1118, используемым в качестве альтернативы прибора В7-35, и источником питания постоянного тока АТН-1232. Кроме того, стенд оборудован блоком из шести евророзеток с УЗО и тремя разъемами заземления, размещенными справа под столешницей.

Следует отметить, что целесообразность наличия компьютеров в экспериментальном стенде объясняется не только упрощением процедуры расчета результатов реального эксперимента, но и необходимостью совершенствования процесса самостоятельной подготовки студентов, в ходе которого осуществляется моделирование электрических цепей и электронных устройств, выполняются домашние задания и проводится анализ результатов исследований в электронном виде с использованием пакета программ MicroCap10.1 и моделирующей среды LabVIEW, NI MultiSim 10.1

Рис. 1.2 Внешний вид экспериментального стенда,где

1 -компьютер; 2 - монитор; 3 - силовой источник постоянного напряжения и тока; 4 - двухканальный цифровой запоминающий осциллограф; 5 - функциональный генератор различных типов сигналов; 6 - мультиметр; 7 - исследовательская панель.

Исследовательская панель трех типов: для исследования простейших электротехнических цепей под воздействием синусоидальных и импульсных сигналов, для анализа процессов в длинных линиях и для изучения простейших электронных схем.