| Наименование дисциплин, изучение которых опирается на данную дисциплину | Ведущая кафедра | Предложения об изменении рабочей программы | Подпись заведующего кафедрой |
| Б2. ЭВМ и периферийные устройства | ВСИБ | Нет | |
| Б7. Сети и телекоммуникации | ВСИБ | Нет | |
| Б20.1. Конструкторско – технологическое обеспечение производства ЭВМ | ВСИБ | Нет | |
| Б21.1. Микропроцессорные системы | ВСИБ | Нет | |
| Б32.1. Информационно - измерительные и управляющие системы | ВСИБ | Нет |
Разработчик:
Профессор каф. ВСИБ А.Г.Якунин
Заведующий кафедрой ВСИБ А.Г.Якунин
Декан факультета информационных технологий Г.Н.Кобелев
Начальник ОМКО АлтГТУ Н.П.Щербаков
Приложение А. Фрагмент методических указаний по выполнению лабораторных работ
Полный текст методических указаний содержится в [12,13]
Лабораторная работа 1
Электроизмерительные приборы и электрические измерения
Цель работы
1. Изучить основные понятия метрологии, научиться рассчитывать погрешность измерения электроизмерительным прибором различных электрических величин.
2. Изучить устройство, принцип действия, область применения электроизмерительных электромеханических приборов аналогового типа со стрелочными отсчетными устройствами и с электромеханическими счетчиками и научиться читать их шкалы.
3. Изучить принцип работы электронного осциллографа, его основные органы управления, классификационные признаки осциллографов, их основные типы и реализуемые функции.
4. Изучить способы включения основных электроизмерительных приборов: амперметра, вольтметра, тестера, электросчетчика.
5. Получить навыки практического измерения токов, напряжений, электрических активных сопротивлений и параметров периодических сигналов. Научиться считывать показания со шкал стрелочных приборов и с дисплеев цифровых электроизмерительного приборов.
6. Изучить и научиться применять на практике теоретический материал разделов электротехники и электрических измерений, связанных с расчетом погрешностей, возникающих из-за неидеальности свойств электроизмерительных приборов.
7. Усвоить вопросы, связанные с экспериментальным исследованием разброса номинальных значений пассивных элементов радиоэлектронной аппаратуры.
Теоретические сведения
Теоретические сведения, относящиеся к данной работе, в целом относятся к изучению основ метрологии и измерительной техники, в которых можно выделить следующие основные части:
· классификация погрешностей, их основные параметры и методы расчета (общее представление);
· классификация средств измерений, их основные параметры и характеристики;
· принципы работы, сравнительные характеристики и области применения аналоговых и цифровых измерительных приборов, предназначенных для измерения токов и напряжений (общее представление);
· сравнительная характеристика и принцип работы различных измерительных механизмов стрелочных приборов.
· схемы подключения измерительных устройств для измерения токов и напряжений и метод расчета оценки погрешностей, возникающих в процессе таких измерений;
· принципы работы электронных осциллографов, предназначенных для наблюдения и исследования формы электрических сигналов, виды осциллографов и его основные функциональные узлы (общее представление).
Данные сведения содержатся, например, в [5, 6], в [2] (стр.172-179, 188-193), в [11] (стр.146-176), а также в следующих источниках:
1. Измерения в электронике. Справочник./В.Н. Кузнецов и др. 1987 (абонемент научной литературы АлтГТУ).
2. Электрические измерения (с лабораторными работами) / В.Н.Малиновский и др. под ред. В.Н.Малиновского, 1982 (читальный зал учебной литературы АлтГТУ).
3. Электронные копии фрагментов из трех книг по электрическим измерениям.
Используемые элементы, приборы и принадлежности
1. Стрелочный мультиметр М1015В
2. Цифровой мультиметр М300
3. Цифровой мультиметр MS8215
4. Электронный осциллограф OS-5030
5. Набор из 10 резисторов широкого применения (МЛТ-0.5, МЛТ-1 или МЛТ-2)
6. Набор прецизионных резисторов (С32 и им подобные)
7. Источник питания персонального компьютера с напряжениями +12В, +5В,-5В, -12В
Примечание. Мультиметры М-1015В и М300 встроены в универсальный измерительный стенд.
Задание
1. Изучить работу, основные характеристики, параметры и классификацию измерительных устройств, и другие вопросы, связанные с расчетом погрешностей измерения и измерением таких электрических величин, как ток, напряжение и мощность.
2. Разобраться с назначением органов управления и основными характеристиками применяемых в работе приборов, используя их описание, приведенное в приложении Б.
3. Замерить напряжения источников питания (+5 и +12В) на различных пределах измерений с применением всех средств измерений, включая электронный осциллограф. Занести результаты измерения в первую строку таблиц 1 и 2 (соответственно для 5 и 12 В) в соответствии с информацией о типе используемого прибора, номинальном значении измеряемого напряжения, установленного на приборе пределе измерения (или масштаба шкалы для осциллографа). В этой таблице через обозначена абсолютная погрешность измерения прибора.
4. Пользуясь приведенными в приложении Б данными о метрологических характеристиках использованных в работе средств измерений, оценить абсолютную погрешность измерения ими напряжений источника питания ∆U для случаев, когда эта погрешность имеет положительный и отрицательный знак. По результатам расчета определить диапазон возможных истинных значений измеряемого напряжения для всех приборов. Выяснить, перекрываются ли эти диапазоны для всех устройств. Выделить приборы, для которых вычисленные значения диапазонов возможных истинных значений напряжения не перекрываются с диапазонами, рассчитанными для других приборов и исключить полученные для них данные из дальнейших расчетов. Из перекрывающихся диапазонов выделить главный, представляющий собой пересечение множеств значений истиной величины, задаваемых соответствующими диапазонами, вычисленными для каждого средства измерения. Результаты вычислений внести в незаполненные строки таблиц 1, 2.
5. С помощью электронного осциллографа определить размах напряжения пульсаций на выходах источников питания 5 и 12 В и зарисовать форму сигнала.
6. С помощью электронного осциллографа определить размах индустриальной помехи, действующей на входе ЭО, амплитуду и частоту ее основной гармоники и амплитуду и частоту высокочастотной помехи. Оценить погрешность измерения перечисленных параметров. Результаты измерений занести в таблицу3. Зарисовать форму сигнала.
7. Замерить по одному резистору из предоставленных для выполнения работы наборов всеми подходящими для этих целей средствами измерений. Занести результаты измерения в таблицу 1.4.
8. Замерить все резисторы во всех наборах прибором MS8215. Занести результаты измерения в таблицу 1.5. и занести результаты измерения в соответствующие колонки таблицы 1.5.
9. Найти среднее значение Rср, максимальные абсолютные ΔRс, ΔRн и относительные δRс, δRн отклонения от среднего (индекс «с») и от номинального (индекс «н») значений отдельно для каждого из двух наборов резисторов.
10. Оценить погрешность измерения токов и напряжений при различных положениях переключателей в двух электрических цепях, приведенных на рисунке 1.1. Первая цепь (рисунок 1.1а) состоит из вольтметра с внутренним сопротивлением Rд и амперметра с внутренним сопротивлением Rш, подключенных к источнику тока I с внутренним сопротивлением Rг. Вторая цепь (рисунок 1.1б) состоит из тех же самых амперметра и вольтметра, но подключенных уже к источнику э.д.с. с тем же внутренним сопротивлением Rг. Для упрощения внутренние сопротивления амперметра и вольтметра на рисунках не показаны. Для каждой схемы расчет выполнять для трех следующих, имеющих смысл, положений переключателей: 1) SI – выключен, SU – включен; 1) SI – включен, SU – выключен и 1) SI – включен, SU – включен. Результаты расчетов занести в таблицу 1.7.
Указания к выполнению работы
1. Встроенный в стенд стрелочный прибор М-1015В не требует для своей работы подачи питания при измерении токов и напряжений, поэтому часть работы с его применением можно выполнять без подачи на стенд питания.
2. Перед использованием стрелочного прибора в режиме измерения сопротивлений нужно предварительно установить на нуль его показания при закороченных выводах. Данную процедуру надо выполнять всякий раз при изменении диапазона измерения сопротивлений.
3. Перед подключением мультиметра к измерительной цепи, содержащей источник тока или напряжения, необходимо убедиться, что его переключатели установлены в положение, при котором контролируемый параметр не превысит установленного на мультиметре значения, а его тип соответствует установленному на мультиметре типу. Особенно опасно, если на приборе установлен режим измерения тока, а он подключается непосредственно к источнику напряжения. В лучшем случае это приведет к перегоранию предохранителя, а в худшем – к выходу прибора из строя. При этом вся материальная ответственность за нанесенный ущерб возлагается на выполняющего работу студента.
4. При выполнении расчетов при обработке данных и решении задачи удобно воспользоваться электронной таблицей.
Содержание отчета
1. Номер варианта со всеми исходными данными.
2. Результаты измерения напряжений на клеммах источников питания для значений + 5 В и + 12 В и расчета погрешностей их измерения, сведенные в таблицы 1.1 и 1.2.
3. Результаты измерения параметров периодических сигналов, сведенные в таблицу 1.3. При расчете погрешностей учитывать как субъективный фактор, так и нормированные значения погрешностей измерения.
4. Результаты измерения и расчета двух наборов сопротивлений, сведенные в таблицы 1.4, 1.5.
5. Схема и исходные данные для решения задачи.
6. Результаты решения задачи, сведенные в таблицы 1.6 и 1.7.
Таблица 1.1 – Результаты измерения напряжения и оценка погрешностей его измерения для выхода источника + 5В.
| Напряжение | Осциллограф OS5030, В/дел | М-1015В | М300 | MS8215 | |||
| Диапазон (цена деления) | 1В/дел | 5В/дел | 10В | 50В | 20В | 200В | Авто |
| Измеренное значение | - | ||||||
| ∆U >0 | |||||||
| ∆U <0 | |||||||
| U+∆U | |||||||
| U+∆U | |||||||
| Попадает в интервал? | |||||||
| Максимальное значение верхней оценки: max (U+∆U) | |||||||
| Минимальное значение верхней оценки: min (U+∆U) | |||||||
| Максимальное значение нижней оценки: max (U-∆U) | |||||||
| Минимальное значение нижней оценки: min (U-∆U) | |||||||
| Минимальное абсолютное значение интервальной оценки: min(U+∆U) – max(U-∆U) | |||||||
| Минимальное относительно значение интервальной оценки: (min(U+∆U) - max(U-∆U)) / (min(U+∆U) + max(U-∆U))*2 |
Таблица 1.2 – Результаты измерения напряжения и оценка погрешностей его измерения для выхода источника + 12 В.
Таблица полностью аналогична предыдущей
Таблица 1.3 – Результаты измерения периодических сигналов осциллографом
| Сигнал | Пульсации + 5В | Пульсации + 12В | Помеха – основная гармоника | Помеха - высокочастотная составляющая |
| Размах сигнала А | ||||
| А+∆А | ||||
| А-∆А | ||||
| Период Т | ||||
| Т+∆Т | ||||
| Т-∆Т | ||||
| Частота F | ||||
| F+∆F | ||||
| F-∆F | ||||
| Осциллограмма |
Примечание: Зарисовки или фотографии осциллограмм лучше вынести за пределы таблицы.
Таблица 1.4 – Результаты измерения сопротивлений сигналов различными измерительными приборами на различных диапазонах измерения
| Ед.измер | Номинальное значение сопротивления | М300 | М1015В | MS8215 |
| Ом | ||||
| кОм |
Таблица 1.5 – Результаты измерения сопротивлений наборов резисторов
| Набор | Rном | Ед.изм | R0 | R1 | R2 | R3 | R4 | R5 | R6 | R7 | R8 | R9 | Rср | ΔRс | ΔRн | δRс | δRн |
| Ом | |||||||||||||||||
| кОм |
Таблица 1.6 – Исходные данные для решения задачи по последнему пункту задания
| Еи, В | Iи, мА | Rг, кОм | Rш, Ом | Rд, кОм |
Таблица 1.7 – Результаты решения задачи по последнему пункту задания
| Схема | Рисунок 1.1 а | Рисунок 1.1 б | ||||||||||
| Ключ SI | Откл. | Вкл. | Вкл. | Откл. | Вкл. | Вкл. | ||||||
| Ключ SV | Вкл. | Откл. | Вкл. | Вкл. | Откл. | Вкл. | ||||||
| Параметр | Знач | Ед.изм | Знач | Ед.изм | Знач | Ед.изм | Знач | Ед.изм | Знач | Ед.изм | Знач | Ед.изм |
| U | В | В | В | В | В | В | ||||||
| ∆U | В | В | В | В | В | В | ||||||
| δU | % | % | % | % | % | % | ||||||
| I | мА | мА | мА | мА | мА | мА | ||||||
| ∆I | мА | мА | мА | мА | мА | мА | ||||||
| δI | % | % | % | % | % | % |
Примечание: Если в строке записывать результат окажется удобнее в единицах измерения разной кратности, единицы измерения нужно проставлять для каждого значения в таблице. В противном случае лишние колонки можно удалить
Вопросы для самопроверки по лекционному материалу
1. Что такое прямые, косвенные и совокупные измерения?
2. Что такое порог чувствительности средства измерения?
…
28. Как зависит сопротивление металлического проводника от температуры?
Вопросы для самопроверки по лабораторной работе
1. Какие параметры электрических цепей измеряют применяемые в лабораторной работе приборы МS8215, М1015B, М300, OS 5030?
…
35. Почему нельзя работать с прибором, источник питания которого разряжен, даже в случае, если индикатор прибора продолжает работать?
Варианты заданий к лабораторной работе № 1
Таблица 1.8 – Параметры источников тока и напряжения, средств измерения и номинальные значения наборов резисторов
| № | Еи, В | Iи, мА | Rг, кОм | Rш, Ом | Rд, кОм | Ri 1, Ом | Ri 2, кОм | № | Еи, В | Iи, мА | Rг, кОм | Rш, Ом | Rд, кОм | Ri 1, Ом | Ri 2, кОм |
| - | - | ||||||||||||||
| - | - | ||||||||||||||
| - | - | ||||||||||||||
| - | - | ||||||||||||||
| - | - | ||||||||||||||
| - | - | ||||||||||||||
| - | - | ||||||||||||||
| - | - | ||||||||||||||
| - | - | ||||||||||||||
| - | - |
Примечание. В таблице использованы следующие обозначения столбцов: Еи – э.д.с. источника напряжения; Iи – сила источника тока, Rг – внутреннее сопротивление источников (одинаково для источника напряжения и источника тока); Rд – добавочное сопротивление вольтметра; Rш – сопротивление шунта амперметра; Ri1 и Ri2– номинальные значения для двух наборов резисторов, полученных во время выполнения работы
Приложение Б. Указания и индивидуальные варианты для выполнения расчетного задания
Полный текст методических указаний по выполнению расчетного задания с перечнем тем содержится в [13]
Расчетное задание: активные фильтры
Цель задания:
В рамках СРС изучить порядок расчета активных фильтров и их схемотехническую реализацию.
Выполнить расчет активного фильтра в соответствии с его характеристиками, заданными вариантом полученного задания.
Методические указания:
Расчет фильтра должен производиться в следующем порядке:
В соответствии с требованиями к гладкости и допустимой величине неравномерности АЧХ в рабочем диапазоне частот и вне полосы убедиться в правильности задания фильтра.
В соответствии с требованиями к добротности фильтра и/или крутизне АЧХ в переходной области рассчитать необходимый порядок фильтра.
Найти коэффициенты полиномов, входящих в выражение для комплексного коэффициента передачи нормированного фильтра НЧ.
Исходя из требований к величине входного и выходного сигнала, определить общий коэффициент усиления фильтра.
Путем замены переменных преобразовать нормированный НЧ - фильтр в фильтр, тип и параметры которого заданы в варианте расчетного задания. Произвести расчет фактических значений коэффициентов полиномов после замены переменных.
Разбить весь тракт усиления на отдельные каскады, представляющие собой фильтры не выше 3-го порядка.
Исходя из требуемой максимальной усиливаемой частоты Fmax и максимальной амплитуды выходного сигнала, предварительно выбрать возможные типы операционных усилителей всех каскадов и используемое напряжение питания.
В соответствии с требованиями к размаху выходного сигнала и величине нагрузки выбрать схему выходного каскада усилителя, а в соответствии с требованиями к входному сопротивлению – схему входного каскада
Выбрать электрическую принципиальную схему всех остальных каскадов (звеньев) фильтра.
Путем моделирования передаточных функций звеньев фильтра в MultiSIM или в каком-либо математическом пакете, исследовать форму АЧХ для каждого i-го звена, найти для него частоту с максимальным коэффициентом усиления и величину этого коэффициента.
Исходя из общего коэффициента усиления фильтра, разбить его на коэффициенты усиления для каждого звена так, чтобы максимум усиления приходился на входные каскады. Убедиться, что при этом ни в одном звене на любой частоте величина выходного напряжения звена не превысит максимально допустимое напряжение даже при максимальной величине входного сигнала. Для упрощения такой разбивки использовать результаты исследований по предыдущему пункту.
Выполнить расчет пассивных элементов для каждого каскада с учетом найденных коэффициентов усиления и передаточных функций.
Выполнить окончательное моделирование всей разработанной схемы фильтра в системе MultiSIM и построить ее общую АЧХ и АЧХ каждого звена
В пояснительной записке к расчетному заданию привести:
Рассмотренный выше порядок расчета применительно к своим данным, включая таблицы со значениями всех коэффициентов фильтра: как в целом, так и для каждого звена, а также таблицы с выбранными значениями коэффициентов усиления звеньев и номинальными значениями параметров каждого из элементов схемы, типы используемых ОУ и активных (при необходимости) элементов
Схему фильтра
Общую АЧХ фильтра в обычном и логарифмическом масштабах.
Общую AЧХ фильтра в обычном и логарифмическом масштабах.
АЧХ для каждого звена фильтра и таблицу со значениями максимумов коэффициентов передачи для каждого звена
Варианты задания:
| № | Тип фильтра | Uвх, мВ | Rвх, кОм | UвыхВ | Rн Ом | Fmax, кГц | Fo Гц | ΔKin % | ΔF/Fo% | Осл., дБ | Полином |
| НЧ | - | ||||||||||
| ВЧ | |||||||||||
| Резонанс. | - | ||||||||||
| Заградит. | |||||||||||
| НЧ | - | ||||||||||
| ВЧ | |||||||||||
| Резонанс. | - | ||||||||||
| Заградит. | |||||||||||
| НЧ | - | ||||||||||
| ВЧ | |||||||||||
| Резонанс. | - | ||||||||||
| Заградит. | |||||||||||
| НЧ | - | ||||||||||
| ВЧ | |||||||||||
| Резонанс. | - | ||||||||||
| Заградит. | |||||||||||
| НЧ | - | ||||||||||
| ВЧ | |||||||||||
| Резонанс. | - | ||||||||||
| Заградит. | |||||||||||
| НЧ | - | ||||||||||
| ВЧ | |||||||||||
| Резонанс. | - | ||||||||||
| Заградит. | |||||||||||
| НЧ | - | ||||||||||
| ВЧ | |||||||||||
| Резонанс. | - | ||||||||||
| Заградит. | |||||||||||
| НЧ | - | ||||||||||
| ВЧ | |||||||||||
| Резонанс. | - |
Примечание: тип полинома (для последней графы): 1 – Бесселя, 2 – Баттерворта, 3 – Лежандра, 4 – Чебышева, 5 – Чебышева инверсный, 6 – Кауэра
Примечание: величина напряжения представляет собой действующее значение синусоидального сигнала.
Приложение В. Примеры вопросов для тестов текущего контроля знаний по дисциплине
Полные тексты тестов текущего контроля приведены в [12,13]
Вопросы для самопроверки по лекционному материалу
1. Что такое прямые, косвенные и совокупные измерения?
2. Что такое порог чувствительности средства измерения?
3. Общая классификация погрешностей приборов.
4. Что такое доверительный интервал и доверительная вероятность?
5. Как принято записывать результат измерения и как отображать его на графике?
6. Чем интервальная оценка отличается от точечной?
7. Что такое основная погрешность?
8. Что такое дополнительная погрешность?
9. Что такое систематическая погрешность?
10. Чем грубая погрешность отличается от промаха?
11. Что такое случайная погрешность?
12. В чем заключается различие между стационарными и нестационарными случайными погрешностями?
13. Что такое методическая погрешность или погрешность метода?
14. Какие единицы кратности используются для обозначения единиц, превышающих основную не более чем в 109 раз?
15. Какие единицы кратности используются для обозначения единиц, значение которых меньше основной не более чем в 10-12 раз?
16. Что такое электрические измерения?
17. Схемы включения приборов в электрическую цепь при измерении тока, напряжения и мощности.
18. Как правила подключения измерительных приборов следует соблюдать при необходимости одновременного измерения в цепи тока и напряжения?
19. Как влияет входное сопротивление прибора на погрешность измерения тока и напряжения? Способы уменьшения погрешностей измерения, обусловленных влиянием измерительного прибора на исследуемую цепь.
20. Каким требованиям должен удовлетворять прибор для измерения напряжения?
21. Каким требованиям должен удовлетворять прибор для измерения тока?
22. В чем измеряются Вольты (через основные единицы СИ)?
23. В чем измеряются Амперы (через основные единицы СИ)?
24. В чем измеряются Омы (через основные единицы СИ)?
25. В чем измеряются Генри (через основные единицы СИ)?
26. Что такое проводимость, удельная проводимость, чем она отличается от электропроводности и в чем измеряется?
27. От чего и как зависит сопротивление металлического проводника электрического тока?
28. Как зависит сопротивление металлического проводника от температуры?
Вопросы для самопроверки по лабораторной работе
29. Какие параметры электрических цепей измеряют применяемые в лабораторной работе приборы МS8215, М1015B, М300, OS 5030?
30. Какую погрешность измерения имеют перечисленные в предыдущем вопросе приборы?
31. Какая погрешность преобладает в цифровых приборах: случайная или систематическая?
32. Какая погрешность преобладает в аналоговых приборах: случайная или систематическая?
33. Можно ли о классе прибора косвенно судить по минимальной цене деления?
34. Какова максимально возможная и минимально возможная цена одного маленького деления у осциллографа OS-5030?
35. Какой минимально возможный размах напряжения можно зарегистрировать осциллографом OS-5030? Какова примерно будет при этом погрешность измерения?
36. Какова величина порога чувствительности по времени и по напряжению у осциллографа OS-5030?
37. До какой частоты нормированы характеристики осциллографа OS-5030 и какую максимально высокую частоту можно на нем наблюдать?
38. Для чего предназначена и как функционирует система тестирования в осциллографе ОS-5030С?
39. Имеет ли осциллограф ОS-5030 функцию электронной лупы?
40. Какие существуют режимы работы для каналов вертикального отклонения у осциллографа ОS-5030С?
41. Можно ли на осциллографе ОS-5030 наблюдать разностный сигнал и как это сделать?
42. Как на осциллографе ОS-5030 можно получить сумму двух сигналов?
43. Что можно использовать в качестве источника синхронизирующего сигнала в осциллографе ОS-5030?
44. Что такое синхронизация и что такое вход синхронизации?
45. В чем заключается разница между режимами развертки луча ALT и СНОР?
46. Какие режимы синхронизации существуют в осциллографе OS-5030 и чем они отличаются между собой?
47. Как измерить ток приборами MS8215, М1015B и М300?
48. Как измерить напряжение приборами MS8215, М1015B, М300, OS 5030?
49. Как измерить сопротивление приборами MS8215, М1015B, М300?
50. По какой причине относительные отклонения значений сопротивлений от среднего (номинального) значения для разных наборов резисторов дали в работе существенно разные результаты?
51. Возможно ли измерение сопротивлений отдельных элементов, установленных в электрических цепях в случае отсутствия (присутствия) в них источников тока (напряжения)? Если возможно, объяснить, как это нужно сделать.
52. Какие правила необходимо соблюдать для обеспечения безопасности проведения измерений?
53. Какие правила необходимо соблюдать для уменьшения погрешности измерения и выявления возможных ошибок?
54. Какие правила необходимо соблюдать, чтобы исключить возможность повреждения прибора в процессе проведения измерений?
55. Какие правила необходимо соблюдать, чтобы исключить возможность повреждения прибора в процессе его хранения и технического обслуживания?
56. Какие из правил работы с прибором соблюдать не обязательно, если напряжения в исследуемой электрической цепи не превышают опасные для жизни?
57. Какие напряжения в электрической цепи опасны для жизни?
58. Зависит ли величина опасного для жизни напряжения от характера действующего в цепи напряжения и от свойств источника электроэнергии?
59. Зависят ли правила эксплуатации электроизмерительного прибора от величины измеряемого тока?
60. Какие правила нужно соблюдать при наличии в цепи конденсаторов, а также при измерении их емкости?
61. Что опаснее для прибора при неумелом обращении с ним: измерение токов или напряжений?
62. В чем состоит суть процедуры прозвона электрических цепей?
63. Почему нельзя работать с прибором, источник питания которого разряжен, даже в случае, если индикатор прибора продолжает работать?
Приложение Г. Фрагменты текстов промежуточного контроля знаний по дисциплине
Экзаменационные билеты и полные тексты промежуточного контроля знаний по дисциплине хранятся на кафедре в УМКД
Тест № 1
Магнитное поле в ферромагнетиках. Расчет параметров периодического синусоидального магнитного поля в ферромагнетиках.
Для приведенной на рисунке схемы разработать методику и показать ход решения, позволяющие определить максимальное число из следующих неизвестных параметров: внутреннее сопротивление и величину э.д.с. двухполюсника, сопротивление R, внутренние сопротивления вольтметра и амперметра.
…
Тест № 33
Метод контурных токов
Преобразовать приведенную на рисунке схему так, чтобы она не содержала источник тока J. Для полученной схемы найти токи и напряжения. R=10 кОм, Е=10 В, J=50 мА.
Составил: зав. кафедрой ВСИБ ______________ Якунин А.Г.
Декан ФИТ ______________ Кобелев Г.Н.
«07» июля 2011 г.
Приложение Д. Памятка для студентов по изучению дисциплины
Алтайский государственный технический университет им. И.И.Ползунова
Памятка
для студентов групп ИВТ по изучению дисциплины
«Электротехника, электроника, схемотехника»
Объем занятий в семестрах
Данная дисциплина состоит из трех модулей и читается в трех семестрах: по одному модулю в каждом семестре.
Объем занятий по семестрам приведен в следующей таблице.
| Семестр | Учебные занятия (час.) | Трудоёмкость (в зет) | В интерактивной форме, час | Наличие курсовых проектов (КП), курсовых работ (КР), расчетных заданий (РЗ) | Форма итоговой аттестации (зачёт, экзамен) | ||||||
| Всего | Аудиторные | СРС | |||||||||
| Всего ауди-торных | Лек-ции | Лабора-торные работы | Практи-ческие занятия (семинары) | В семестре | В сессию | ||||||
| - | экзамен | ||||||||||
| - | РЗ | зачет | |||||||||
| - | экзамен | ||||||||||
| Всего | - |
В первом модуле читаются теоретические основы электротехники, во втором – компонентная база электронной и вычислительной техники, в третьем – схемотехника ЭВМ и других электронных устройств.
Перечень компетенций дисциплины
| Код компетенции | Формулировка компетенции | |
| 1. ОК-1 | Владеет культурой мышления, способен к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей её достижения | |
| 2. ОК-6 | Стремится к саморазвитию, повышению своей квалификации и мастерства | |
| 3. ОК-10 | Использует основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования | |
| 4. ПК-2 | Осваивает методики использования программных средств для решения практических задач | |
| 5. ПК-9 | Участвует в настройке и наладке программно-аппаратных комплексов | |
| 6. ПК-11 | Инсталлирует программное и аппаратное обеспечение для информационных и автоматизированных систем | |
| 7. ПК-14 | Умеет разрабатывать и изготавливать компоненты и узлы электронных устройств, сопрягаемых с информационными и вычислительными системами, включая решение вопросов выбора элементной базы, конструирования и технологии изготовления |
Содержание дисциплины
Модуль 1. Теоретические основы электротехники
Литература основная [1-3], дополнительная [1,5,12,15]
Содержание лекций
Лекция 1. Введение. Общее представление об электротехнике. Основные задачи дисциплины и ее взаимосвязь с другими дисциплинами. Области практического применения полученных знаний и навыков. Структура курса и его связь с другими дисциплинами. Требования к зачету и уровню усвоения материала. (0.5 часа) [1, 5, 9]
Методы и средства автоматизации схемотехнического проектирования электронных схем. Системы проектирования ACAD, Altium (P-CAD), MultiCap, Proteus, Orcade. ПО фирмы National Instruments (LabView, Multisim). Их краткое описание и сравнительная характеристика (1.5 часа) [3,6-8,12,13-15]
Лекция 2. Основы измерений электрических величин. Применение ПО для синтеза и анализа электрических цепей. Основные типы электроизмерительных приборов. Виды погрешностей измерения. Влияние параметров измерительных устройств на точность измерения. Основы работы в среде MultiSim (2 часа) [1, 5, 12]
Лекция 3. Электрические цепи постоянного тока Основные законы теории электрических и магнитных цепей. Основные понятия электрических и магнитных цепей. Пассивные и активные элементы электрических цепей и их параметры. Их характеристики и параметры. Источники тока и напряжения. Вольтамперные характеристики участков цепей с источниками. Законы Кирхгофа. Преобразования схем электрических цепей. (2 ч). [1,2,5,12]
Лекция 4. Базовые методы расчета электрических цепей
Методы контурных токов, узловых потенциалов. Потенциальная диаграмма. Баланс мощности в электрических цепях. (2 ч). [1-3,5,12]
Лекция 5. Специальные частные методы расчета электрических цепей
Методы наложения, эквивалентного генератора. Методы эквивалентных преобразований. Примеры расчета электрических цепей. (2 ч). [1,2,5,12]
Лекция 6. Примеры расчета электрических цепей Расчет электрических цепей методом контурных токов. Расчет электрических цепей методом узловых потенциалов (2 ч). Разрешение неопределенностей при расчетах базовыми методами применением эквивалентных преобразований [1,2,5,12]
Лекция 7. Электрические однофазные цепи синусоидального тока Основные понятия электрических величин синусоидального тока. Изображение синусоидальных функций вращающимися векторами. Синусоидальные токи в элементах электрических цепей. Комплексный метод расчета цепей переменного тока. Анализ установившегося режима в цепях синусоидального тока. Векторная и топографическая диаграммы (2 ч[1-3,15])
Лекция 8. Электрические цепи трехфазного синусоидального тока Трехфазные цепи. Анализ смешанных электрических цепей синусоидального тока. Мощность в цепи синусоидального тока. (2 ч[1-3,15]
Лекция 9. Электрические машины Машины постоянного тока. Общие принципы работы. Основные характеристики и параметры. Асинхронные двигатели. Основные характеристики и параметры. (2 ч[1-3,15]
Лекция 10. Электрические цепи с несинусоидальными источниками и методы их расчета Общее представление о несинусоидальных источниках тока и напряжения. Спектральное разложение источников. Ряд Фурье и его применение для расчета несинусоидальных электрических цепей. Дискретный спектр. Преобразование Фурье. Спектральный анализ сигналов. Апериодические сигналы и их спектры. (1 ч[1,2,5,15]
Лекция 11. Переходные процессы в электрических цепях во временной области Общее представление о переходных процессах и их разновидности. Законы коммутации. Принужденный и свободный режим. Общий подход к расчету переходных процессов. Классический метод расчета. Переходные процессы в цепях r,L,C. (4 ч) [1,2,5,15]
Лекция 12. Методы расчета переходных процессов в электрических цепях Интеграл Дюамеля и его вариации. Применение преобразований Лапласа к расчету переходных процессов. Применение преобразования Фурье к расчету переходных процессов. Общее представление о применении метода пространства состояний для расчета переходных процессов (4 ч) [1-3,5,15]
Лекция 13. Нелинейные электрические цепи Понятие нелинейной цепи. Вольтамперные характеристики участков цепей. Элементы с электрическим гистерезисом. Графические методы расчета нелинейных электрических цепей. (2 ч). [1,2,5,15]
Лекция 14. Магнитные цепи и основы теории электромагнитного поля Магнитные цепи и их связь с цепями постоянного тока. Пассивные и активные элементы магнитных цепей и их параметры. Трансформаторы. Основные понятия теории электромагнитного поля. Магнитный усилитель. (2 ч). [1-3,5,15]
Лекция 15. Многополюсники. Электрические фильтры Основные определения и классификация четырехполюсников и двухполюсников. Частотные характеристики реактивных двухполюсников. Передаточная функция. Электрические фильтры. Фильтры типа k и m. Многополюсные цепи. Использование преобразования Лапласа для анализа цепей. Четырехполюсники и функциональные блоки. Передаточная функция и ее связь с дифференциальным уравнением, импульсной и частотными характеристиками. Понятие АЧХ и ФЧХ. Коэффициент передачи и передаточная функция. Основные типы фильтров и их характеристика. Активные и пассивные фильтры. Фильтры Бесселя, Баттерворта и Чебышева. (2 ч). [1-3,5,15]
Лекция 16. Длинные линии Основные понятия и математические модели теории электромагнитного поля Понятие длинной линии. Стоячие волны. Основные характеристики длинных линий. Волновое сопротивление. Основные методы расчета длинных линий.
Лекция 17. Переходные процессы в цепях с распределенными параметрами. Особенности протекания переходных процессов в длинных цепях. Особенности расчета переходных процессов в длинных цепях. (2 ч). [1-3,5,15]
Содержание лабораторных работ
Вводное занятие. Знакомство с лабораторным стендом в части работ по электротехнике. Изучение и сдача правил техники безопасности (2 часа) [1-3,5,12]
Работа №1. Электроизмерительные приборы. Изучение цены деления аналоговых шкал. Влияние параметров прибора на методическую погрешность измерения токов и напряжений. Классификация электроизмерительных устройств. Основные виды и характеристики промышленных стрелочных и цифровых приборов. Измерение токов и напряжений на участках цепи. Измерение активных сопротивлений. Определение параметров источников тока и напряжения (4 часа) [1-3,5,12, 15,17]
Работа №2. Знакомство с электронным осциллографом. Определение цены деления осциллографа по времени и амплитуде. Понятие о синхронизации, электронной лупе времени. Представление о z-входе и фигурах Лиссажу. Классификация современных осциллографов. USB-осциллографы. Измерение осциллографом частоты, амплитуды и фазовых сдвигов колебаний различной формы (гармонической, прямоугольной, треугольной). Оценка погрешности измерения частоты и напряжения. (4 часа) [1-3,5,12]
Работа №3. Моделирование электрических цепей цепей. Оценка погрешностей измерения токов и напряжений электроизмерительными приборами. Исследование моделей источников тока и напряжения. (4 часа) [1-3,5,12,16]
Работа №4. Исследование цепей постоянного тока. Сложная цепь. Закон Кирхгофа. Метод контурных токов. Метод узловых потенциалов. Применение других методов для расчета электрических цепей (4 часа) [1-3,5,12]
Работа №5. Исследование цепей однофазного переменного тока. Определение параметров катушек резонансными методами. Параллельный и последовательный резонансы. Расчет разветвленных цепей, содержащие R, L и C элементы. (4 часа) [1-3,5,12]
Работа №6. Исследование трехфазной электрической цепи при соединении нагрузки звездой и треугольником/ Анализ цепей при наличии несинусоидальных источников. (4 часа) [1-3,5,12]
Работа №7. Исследование переходных процессов. Дифференцирующая и интегрирующая электрические цепи. (4 часа) [1-3,5,12]
Работа№8. Исследование нелинейных электрических цепей постоянного тока. Снятие ВАХ статическим и динамическим способом. Параллельное и последовательное соединение нелинейных элементов (4часа) [1-3,5,12]
Модуль 2. Компонентная база электронной техники
Литература основная [3-4] и дополнительная [6-8, 13,14,16-18,20]
Содержание лекций
Лекция №1. Введение. Общее представление о предметной области. Основные задачи дисциплины и ее взаимосвязь с другими дисциплинами. Области практического применения полученных знаний и навыков. Структура модуля и его связь с другими дисциплинами. Требования к уровню усвоения материала. (0.5 часа) [3,4,13,14]
Пассивные компоненты электронных цепей, электро- и радиоматериалы и радиокомпоненты общего применения. Проводники и диэлектрики. Обмоточные и монтажные провода. Электрические кабели. Припои и флюсы. Электроизоляционные и ферромагнитные материалы.
Основные параметры и классификация конденсаторов. Конденсаторы постоянной и переменной емкости. Подстроечные и проходные конденсаторы. Варикапы. Эквивалентная схема замещения. Система обозначений и маркировки.
Резисторы: основные параметры и классификация, эквивалентная схема замещения; подстроечные резисторы и потенциометры, система обозначений и маркировки.
Намоточные узлы радиоаппаратуры: катушки, вариометры, дроссели и трансформаторы и их система обозначений.
Коммутационные устройства: кнопки, тумблеры, разъемы, клеммы и переключатели и их система обозначений. Исполнительные устройства и электромагнитные элементы: реле и электромагниты, двигатели, пускатели и громкоговорители.
Первичные преобразователи: микрофоны, датчики температуры и влажности.
Кварцевые резонаторы и фильтры. Фильтры на основе ПАВ. (1.5 часа) [3-4,6-8, 13,14,16-18,20]
Лекция № 2. Электрические фильтры. Основные типы фильтров и их характеристика. Активные и пассивные фильтры. Фильтры Бесселя, Баттерворта и Чебышева. Основные схемотехнические решения и методы расчета. Оптимизация параметров фильтра. (2 часа) [3-4,6-8, 13,14,16-18,20]
Лекция № 3. Основы физики полупроводников. Полупроводники: виды, свойства, технологии и основные законы, описывающие происходящие в них физические явления. Кинетические явления в полупроводниках (2 часа) [3-4,6-8, 13,14,16-18,20]
Лекция № 4. Полупроводниковые приборы на основе кинетических явлений. Термопары, элементы Пельте, тензорезисторы и фоторезисторы. Диоды Ганна. Датчики Холла. Терморезисторы: их основные свойства и характеристики (2 часа) [3-4,6-8, 13,14,20]
Лекция № 5. Электронно-дырочный переход и его свойства. Виды электрических переходов. Потенциальная диаграмма электронно-дырочного перехода и его ВАХ. Физические явления в р-п переходах. Виды пробоев р-п перехода. Емкость и толщина р-п перехода. (2 часа) [3-4,6-8, 13,14,20]
Лекция № 6. Полупроводниковые с одним p-n – переходом. Система обозначений полупроводниковых приборов. Эквивалентная схема (схема замещения), параметры и характеристики полупроводниковых приборов. Выпрямительные, универсальные и импульсные диоды. Диоды СВЧ: (смесительные, умножительные, настроечные, генераторные (Ганна), переключательные) диоды Шоттки. Туннельные диоды, Лавинопролетные диоды. Фотодиоды и светодиоды. Варисторы и варикапы. Условные графические обозначения, система характеристик и параметров перечисленных приборов. (2 часа) [3,6-8]
Лекция № 7. Полупроводниковый стабилитрон и его применение. Стабилитроны. ВАХ. Параметры стабилитрона. Параметрический стабилизатор. Принцип работы, основные характеристики и методы расчета. (2 часа) [3,6-8]
Лекция № 8. Биполярные транзисторы (БТ). Принцип работы БТ. БТ p-n-p и n-p-n типа. Технологии изготовления БТ. Сплавные и диффузионные БТ. Инверсное включение. Режимы: отсечки, инверсный, рабочий, насыщения. Характеристика схем включения с ОБ, ОЭ и ОК. ВАХ. Модели. h-параметры и схемы замещения. Основные параметры БТ. Частотные свойства БТ. Однопереходные, лавинные, и многоэмиттерные транзисторы. Система маркировки, обозначений и УГО БТ. (2 часа) [3,6-8]
Лекция № 9. Полупроводниковые приборы с несколькими p-n переходами. Принцип работы, УГО, основные характеристики и параметры тиристоров и их разновидностей: динисторов, тринисторов и симисторов. (2 часа) [3,6-8]
Лекция № 10. Полевые транзисторы. Полевые транзисторы с p-n переходом и каналом n и p – типа: принцип работы и семейство ВАХ. Полевые транзисторы с изолированным затвором и встроенным и индуцированным каналом. КМОП-структуры и технологии их изготовления. Современные технологии на основе напряженного кремния, с УФ иммерсионным слоем. Устройства на основе ПТ: истоковый повторитель, коммутатор аналоговых сигналов, УВХ, источник тока с термостабильной точкой (2 часа) [3,6-8]
Лекция № 11.Элементы силовой электроники. Области допустимых значений ВАХ. Пробои в БТ и их параллельное включение. Мощные FET –транзисторы. IGBT – транзисторы.(2 часа) [3,6-8]
Лекция № 12. Электровакуумные и газоразрядные приборы Тиратроны и неоновые лампы. Вакуумные диоды, триоды, тетроды и пентоды. Основы электронной оптики. Кинескопы. ЭЛТ с электростатическим и магнитным отклонением. Электронные приборы СВЧ - магнетроны, клистроны, лампы бегущей и обратной волны. Волноводы и их виды. Принцип работы радиолокаторов и СВЧ – печей. УВЧ – терапия. (1 часа) [3,6-8] Элементы оптоэлектроники Классификация оптоэлектронных приборов. Оптроны. Полупроводниковые преобразователи изображения и координатно-чувствительные фотоприемники. ПЗС – фотоприемники и фотодиодные матрицы. Нанотрубки. ЖКИ. Электролюминисцентные индикаторы. (1 час) [3,6-8]
Лекция № 13. Усилители электрических сигналов. Определение. Классификация, основные характеристики и параметры усилителей. Параметры усилителей статические и динамические. Режимы усиления класса А, B, С и D и их сравнительная характеристика. Усилительные каскады переменного и постоянного тока: частотные и переходные характеристики. Обратные связи в усилителях: назначение, классификация и методы расчета (2 часа) [3,6-8]
Лекция № 14. Транзисторные усилители электрических сигналов. Усилители на биполярных транзисторах. Схемы включения с ОБ, ОЭ и ОК. Принцип работы усилителя на БТ. Графический и аналитический методы расчета. Статический и динамический режим работы. (2 часа) [3,6-8]
Лекция № 15. Схемотехника транзисторных усилителей. Способы реализации ООС. В усилителях. Термостабилизация. Особенности схемотехники усилителей на полевых транзисторах. Дифференциальный режим работы. Усилительные каскады с динамической нагрузкой и пушпульные каскады. Транзисторы Дарлингтона и составные транзисторы. Усилители мощности и напряжения (предварительные усилители). Усилители постоянного тока. Двухтактные усилители мощности: фазоинверсный каскад, каскады на комплиментарных парах, мостовые схемы. (2 часа) [3,6-8]
Лекция № 16. Многокаскадные и операционные усилители. Многокаскадные усилители. Виды межкаскадной связи. Трансформаторные усилители (мостовые схемы). Усилители постоянного тока. Операционные усилители (ОУ): назначение, основные характеристики (АЧХ, амплитудная и др.) и параметры (входные, выходные, частотные, усилительные, шумовые, стабильности, предельные, динамический диапазон, эксплуатационные). Основные свойства ОУ. Устойчивость усилителей и коррекция их характеристик. (2 часа) [3,6-8]
Лекция № 17. Микросхемотехника. Микросхемы. Классификация ИС. ИС малой, средней и высокой степени интеграции. БИС и СБИС. Технологические операции. Разновидности интегральных схем и технологий их изготовления. Усилители в интегральном исполнении. Аналоговые и цифровые ИС. Базовые элементы ц
