ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ И ОСНОВАМ ЭЛЕКТРОНИКИ В ПРОГРАММНОЙ СРЕДЕ NI MULTISIM 10
Компьютерный лабораторный практикум включает 11 работ, выполняемых в программной среде моделирования и анализа схем электронных устройств NI Multisim 10 с использованием инструментария Labworks для проведения работ в типовом дисплейном классе.
Лабораторная работа 1
Измерение электрических величин и параметров элементов электрических цепей
Цель работы
1. Ознакомиться с измерительными приборами, источниками питания и осциллографом программной среды NI Multisim 10.
2. Изучить методы и приобрести навыки измерения тока, напряжения, мощности, угла сдвига фаз между синусоидальным напряжением и током, а также сопротивлений резисторов, индуктивностей катушек и ёмкостей конденсаторов.
Измерение тока и напряжения
Ниже кратко описываются виды и способы измерения электрических величин и параметров компонентов схем электронных устройств с помощью моделей измерительных приборов программной среды интерактивного моделирования и анализа электрических схем NI Multisim 10 (в дальнейшем, для краткости, эту систему будем называть средаMS10).
Мгновенные значения напряжения и тока можно измерить с помощью двухканального осциллографа XSC1, имитируемого программой MS10. Схема подключения осциллографа к цепи рассмотрена в краткой инструкции работы в среде Multisim.
Измерение действующихзначений напряжения и тока в ветвях электрической цепи проводится вольтметрами и амперметрами. Амперметр включается последовательно с элементами участка цепи, а вольтметр - параллельно участку (рисунок Б.1), напряжение на котором необходимо измерить. Модели амперметров и вольтметров среды MS10 не требуют установки диапазона измерений.
Для установки режима работы и величин внутренних сопротивлений (Resistance) амперметров А1, А2 и вольтметров V1, V2 нужно дважды нажать на левую клавишу мыши (в дальнейшем, дважды щелкнуть мышью) на изображении соответствующего прибора и в открывшемся диалоговом окне свойств прибора установить в команде Mode режим работы (постоянный токDC или переменный AC), изменить или оставить установленное по умолчанию внутреннее сопротивление прибора (1 нОм для амперметров и 10 МОм для вольтметров) и нажать на кнопку ОК (Принять). Внутренние сопротивления 1 нОм для амперметров и 10 МОм для вольтметров, установленные по умолчанию, в большинстве случаев оказывают пренебрежительно малое влияние на работу схем.
В библиотеке Instruments среды MS10 имеется мультиметр ХММ1 (рисунок Б.1, а), используемый для измерения тока, напряжения и сопротивления. В схеме (рисунок Б.1, а) мультиметр, работающий в режиме измерения напряжения, подключается к зажимам резистора R1 с помощью ключа S, управляемого клавишей S клавиатуры. В модели мультиметра ХММ1 нужно установить род тока (постоянный "-" или переменный "~"), измеряемую величину по единице измерения: A - ток,V - напряжение, W-сопротивление, dB - уровень напряжения в децибелах и другие параметры (Settings) (рисунок Б.1, а справа).
|
Рисунок Б.1
Измерение сопротивлений
Для прямого измерения сопротивления резистивного элемента (резистора в том числе) будем использовать мультиметр ХММ2, в диалоговом окне которого нужно установить режим работы "-" (постоянный ток), измеряемую величину W, значение тока, например, 10 nА (10 нА) при измерении сопротивлений (Settings),и подключить прибор к зажимам отдельного резистора (рисунок Б.2) или параллельно разомкнутому участку резистивной цепи (без источников энергии). При измерении сопротивления между двумя любыми точками схемы цепи, нужно, чтобы хотя бы один из узлов схемы имел соединение с "заземленной" точкой, при этом ветви с идеальными источниками тока должны быть разомкнуты, а идеальные источники напряжения заменены короткозамкнутыми участками (проводниками).
В практике измерения сопротивлений резистивных элементов, кроме прямых и сравнительных методов, широко используется так называемый метод вольтметра-амперметра, в основу которого положен закон Ома для цепей постоянного тока (рисунок Б.1, а и б). Заметим, что этот метод позволяет получить лишь приближенное значение измеряемого сопротивления R »U/I. Так, для схемы, изображенной на рисунке Б.1, а R1 = U/(I -U/RV), а для схемы, изображенной на рисунке Б.1, б R2 = (U - RАI)/I, где RV и RА - внутренние сопротивления вольтметра и амперметра соответственно.
Рисунок Б.2
Анализ приведенных выражений позволяет сделать выводы: первой схемой (рисунок Б.1, а) следует пользоваться при измерении сравнительно малых сопротивлений, когда RV>> R1, а второй схемой (рисунке Б.1, б) – при измерении больших сопротивлений, когда RА << R2.
Измерение угла сдвига фаз
Для измерения угла сдвига фаз jмежду синусоидальным напряжением и током в реальной цепи используют: измерители разности фаз; так называемый метод вольтметра-амперметра-ваттметра, при котором угол j определяют из уравнения j= arccos(Р/UI), где Р - показание ваттметра, а также методы, основанные на измерении временного интервала Dt при помощи электронно-лучевого осциллографа.
Временной интервал Dt = j /w = j / 2pf пропорционален фазовому сдвигу jмежду синусоидальным напряжением и током в неразветвлённой цепи (рисунок Б.3) и обратно пропорционален угловой частоте wнапряжения (тока).
Рисунок Б.3
При этом фазовый угол (в градусах) определяют по формуле j = 360°Dt/Т, где T = l/f - период изменения напряжения; f - частота питающего цепь напряжения.
Временной интервал Dt = T2 – T1 обычно измеряют между нулевыми значениями осциллограмм напряжения и тока с помощью визирных линий (визиров), расположенных слева и справа от экрана осциллографа (рисунок Б.3). Угол jберется со знаком "плюс", если ток отстаёт по фазе от напряжения
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.