Ma{inski fakultet Univerziteta u Ni{u

PAGE 14Laboratorijske vebe iz Elektrotehnike sa elektronikom

M A I N S K I F A K U L T E T U N I U

Aca Mici

Biljana orevi

PRAKTIKUM LABORATORIJSKIH

VEBANJA IZ

ELEKTROTEHNIKE SA ELEKTRONIKOM

N I , 2007

OPTE NAPOMENE I UPUTSTVAOPTE NAPOMENE I UPITSTVA ZA IZVOENJE LABORATORIJSKIH VEBI

U toku rada u laboratoriji i izvoenja laboratorijskih vebi potrebno je striktno se pridravati mera navedenih u sledeem odeljku.

Pre dolsaka na as potrebno je paljivo proitati uputstvo za izvoenje konkretne vebe, uraditi sve potrebne proraune i pripremiti se za izvoenje vebe. U svesci su date sve potrebne tabele u koje treba uneti rezultate dobijene merenjima i u skladu sa njima nacrtati (ukoliko je to potrebno) odgovarajue dijagrame na priloenom milimetarskom papiru.

Radi breg i kvalitetnijeg izvoenja vebe, neophodno je pridravati se sledeeg redosleda operacija:

1. Elemente elektrinog kola, potrebne za izvoenje vebe (izvori, potroai, instrumenti i slino), rasporediti na stolu tako da vizuelno, priblino odgovaraju datoj emi.2. Spajanje elektrinog kola poeti od izvora elektrine struje i strogo se pridravati date eme. Elemente spajati na maketi ako nije u vebi drugaije naznaeno3. Nakon izvrenog spajanja proveriti samostalno da je sve spojeno korektno, u skladu sa emom. Proveriti, takoe, da li su svi spojevi kvalitetni.

4. Proveriti da li su preklopnici za izbor merene veliine i mernog podruja na mernim instrumentima ispravno postavljeni. Podruje uvek prvo postaviti na najveu vrednost, a kasnije, tokom izvoenja vebe, traiti povoljnije podruje za merenje

5. Proveriti da li kazaljke svih instrumenata pokazuju nulu, te ukoliko je potrebno izvriti korekciju pomou korekcionog zavrtnja, ako se radi o analognim instrumentima

6. Pozvati nastavnika ili asistenta da proveri ispravnost spojene eme i nakon odobrenja ukljuiti izvor za napajanje7. Izvor prikljuiti preko kabla na utinicu napona 220V, 50Hz na mernom stolu. Da bi utinice na stolu bile pod naponom, potrebno je ukljuiti sklopku preklopnik na stolu

8. Ukljuiti izvore i njihove napone podesiti prema zadatim vrednostima u konkretnoj vebi

9. Izvriti potrebna oitavanja instrumenata, odnosno vebu izvesti u celini, kako je navedeno u upitstvu za konkretnu vebu

10. Merni instrumenti moraju biti poloeni horizontalno na stolu (ili u drugom poloaju propisanom za konkretni instrument), jer je samo u tom poloaju pokazivanje instrumenta tano.

11. Nakon zavretka vebe, prvo iskljuiti sklopku na stolu, zatim iskljuiti i odspojiti izvore, nakon toga odspojiti sve elemente elektrinog kola i uredno ih odloiti na radni sto. Otpornike, kondenzatore i ostale elemente pri tome drati iskljuivo za izvode, da se ne bi otetili

12. Provodnike za spajanje treba uredno sloiti, ali ih ne treba savijati u kolutove i slino, jer se na taj nain brzo otete13. Laboratoriju, odnosno radno mesto u celini, treba ostaviti u stanju u kakvom je zateena kako bi bila spremna za dalji rad

14. Zavrna faza vebe je izrada izvetaja o izvedenoj vebi. Izvetaj se radi prema zahtevima iz upitstva za svaku vebu, a prednja strana izvetaja mora sadrati line podatke (ime, prezime i broj indeksa). Izvetaj se predaje nastavniku odnosno asistentu.PREDGOVOR

Ovaj praktikum je namenjen studentima Mainskog fakulteta za predmet Elektrotehnika sa elektronikom u cilju poboljanja kvaliteta nastave i izvoenja praktinih laboratorijskih vebi. Praktikum je koncipiran tako da sadri uputstva za izvoenje laboratorijskih vebi. U uvodnom delu svake od pet vebi izloena je teorija koja se odnosi na datu vebu, a posle svake izloene vebe opisana je primenjena oprema, nain rada i nain prikazivanja dobijenih rezultata. Autori su svesni injenice da ovakva koncepcija praktikuma moe imati neke nedostatke i da su pri tampanju uinjene eventualne greke. Zbog toga e unapred biti zahvalni svima koji ukau na eventualne propuste i greke.

u Niu,Autori

maj 2007VEBA BR. 1

MERENJA U KOLU NAIZMENINE STRUJE SA REDNOM VEZOM OTPORNIKA, KALEMA I KONDENZATORA

U kolu koje je prikazano na sl.1 redno su vezani otpornik otpornosti R, realni kalem otpornosti r (koja je naznaena na samom kalemu) i induktivnosti L i kondenzator kapacitivnosti C. Kolo je prikljuceno na naizmenini napon U. Neka je struja kroz ovu rednu vezu prostoperiodina funkcija vremena: .Kompleksni predstavnik prostoperiodine struje i je , a kompleksni predstavnici napona na pojedinim elementima kola su:

- na otporniku

... (1)

- na kondenzatoru

i... (2)

- na kalemu

... (3)

sl.1

Kompleksni predstavnik ukupnog napona je jednak zbiru pojedinih kompleksnih predstavnika:

... (4)

Kolinik kompleksnih predstavnika napona i struje je impedansa

... (5)

Realni deo impedanse je otpornost , a imaginarni deo X se naziva reaktansa. Struja i impedansa zavise od krune uestanosti . Kada u kolu nastupi rezonansa (naponska) ukupna reaktansa je , impedansa , a struja je u fazi sa naponom i ima maksimalnu vrednost. Iz uslova nalazi se da je rezonantna kruna uestanost , a rezonantna uestanost

ZADATAK

a) Povezati kolo prema emi prikazanoj na slici 2. Prikljuiti napon U, f=50Hz, izmeriti napone i struju u kolu. Na osnovu toga nacrtati fazorski dijagram i odrediti i .

Pri crtanju fazorskog dijagrama imati u vidu:

napon na otporniku je u fazi sa strujom

napon na kondenzatoru kasni za strujom za

napon na kalemu prednjai u odnosu na struju za . Zbog postojanja otpornosti kalema r taj ugao je neto manji od

Dijagram se crta prema sl.3. Na faznoj osi se u odreenoj razmeri nanese napon na otporniku, na njega se nadovee pod uglom napon na kondenzatoru, a iz take A se nanosi estarom ukupni napon na rednoj vezi i iz take C napon na kalemu. Taka D u preseku odreuje poloaje fazora i .

b) Prikljuiti kolo na generator promenljivih uestanosti (TG). Registrovati vrednosti struja pri promeni uestanosti i na osnovu rezultata merenja nacrtati krivu . Odrediti rezonanatnu uestanost i na osnovu nje izraunati induktivnost L.

EMA VEZA OPREME I MERNIH INSTRUMENATA

OPREMA:

maketa otpornik R kalem L kondenzator C

ampermetar A

voltmetar V 4 kom.

ton-generator TG

prikljuni kablovi

sl.2

sl.3POSTUPAK PRI MERENJU I OBRADA REZULTATA MERENJA

a) Posle prikljuivanja napona U izmeriti vrednosti napona na komponentama R, L i C i izmerene vrednosti uneti u tabelu T-1. Iskljuiti napon, kratko spojiti prikljuke za R, izvriti merenja i uneti rezultate u tabelu. Postupak ponoviti za ostale kombinacije navedene u tabeli T-1. Vrednosti primenjenih komponeneti su: , ,

,

1R, L, C

2L, CR=0

3R, CL=0

4R, LC=0

5LR=C=0

6CL=R=0

7RL=C=0

Tabela T-1

b) Umesto napona U kolo prikljuiti na generator TG prebacivanjem prekidaa u poloaj 2. Ampermetrom meriti struje pri odreenim uestanostima f. Rezultate uneti u tabelu T-2 i na osnovu njih nacrtati dijagram . Za maksimalnu vrednost struje odrediti rezonantnu uestanost sl.4. Na osnovu nje pri poznatoj kapacitivnosti kondenzatora C odrediti induktivnost L.

Tabela T-2

f0sl.4VEBA BR. 2

MERNI MOSTOVI

1. Vitstonov most

Vitstonov most (Weaston-ov most) se koristi za merenje otpornosti (otpornici, otporni pretvarai neelektrinih veliina u elektrine i sl.). Pomou njega se mogu vriti veoma precizna merenja iako je njegova konstrukcija veoma jednostavna (sl.1)

a) b)

sl.1

Principska ema mosta prikazana je na sl.1. Otpornici R1-R4 redno vezani obrazuju zatvorenu konturu u obliku kvadrata ili romba. U jednoj dijagonali (BD) je prikljuen indikator, a na izvode druge dijagonale (AC) je prikljuen izvor za napajanje. U optem sluaju vrednosti otpora R1-R4 mogu biti proizvoljne tako da kroz indikacioni instrument protie struja. Meutim, postoji sluaj da za odreeni odnos otpornosti R1-R4 kroz dijagonalu BD ne tee struja. Za taj sluaj se kae da je most u ravnotei i tada su potencijali taaka B i D jednaki. Poto je struja u dijagonali kroz indikacioni instrument jednaka nuli to vae sledee relacije:

i

... (1)

Napon izmeu taaka B i D je jednak nuli pa je:

... (2)

Poslednja jednaina daje uslov koji moraju zadovoljiti vrednosti otpornosti R1-R4 da bi most bio u ravnotei.

... (3)

Za konkretno merenje otpornosti pretpostavimo da je otpornik R4 (odn. grana CD na sl.2) nepoznat odn. da je

Tada na osnovu gornje jednaine dobijamo:

... (4)

Moemo sada zakljuiti sledee:

merenje se vri kada je most u ravnotei i kad kroz indikator ne protie struja tako da on ne utie na ishod merenja

u jednaini (4) ne figurie napon za napajanje (U) kao i otpornosti prikljunih vodova tako da male promene njihovih vrednosti ne utiu na ishod merenja

Vitstonov most je u ravnotei kada su proizvodi otpornosti u suprotnim granama kola meusobno jednaki

1.2. Most za naizmeninu struju

Mostovi za naizmeninu struju se koriste za merenje induktivnosti., kapacitivnosti, impedanse i uestanosti. U granama kola koje formiraju zatvorenu konturu nalaze se impedanse Z1, Z2, Z3 i Z4. U jednoj dijagonali kvadrata nalazi se indikator, dok je na izvore druge dijagonale prikljuen generator naizmenine struje.

U optem sluaju kada impedanse Z1, Z2, Z3 i Z4 imaju proizvoljne vrednosti kroz sve grane kola kroz indikator e proticati struja.

Do uslova za ravnoteu mosta dolazi se na slian nain kao i kod Vitstonovog mosta. Poto kroz granu sa indikatorom ne protie struja to je:

...(5)

Na osnovu toga sledi da je uslov ravnotee impedansi:

...(6)

a kako je to se uslov ravnotee moe napisati u obliku sistema jednaina:

...(7)S obzirom na vrstu impedanse razlikuju se Maxvell-ov, Desotijev, Vinov i sl. mostovi.

ZADATAK

Izvriti proveru eme veza na maketi Vitstonovog mosta prema slici. Prikljuiti izvor napajanja i izvriti merenja otpornosti:

merne trake otpora RT u jednoj grani mosta

kalema otpora RK pre i posle zagrevanja

obrtnog potenciometra R(()=k( u krajnjem i jednom proizvoljnom poloaju

EMA VEZE OPREME I MERNI INSTRUMENTI

OPREMA:

maketa R1 (Rx)

R2 R3 R4 ampermetar A

izvor za napajanje jednosmernom strujom

prikljuni kablovi

ema veze opreme i mernih instrumenata je prema sl.3POSTUPAK PRI MERENJU I OBRADA REZULTATA MERENJA

a) Na mestu otpornika Rx (R4) prikljui se konzola sa zalepljenom mernom trakom MT. Promenom otpornosti R2 dovede se most u ravnoteu i kako su R1 i R3 poznati izrauna se (jed.4) otpornost RT. Isti postupak se ponovi posle optereivanja konzole silom F (F=mg). Rezultate uneti u tabelu T-1 MERNA TRAKAR2Rx

neoptereen

optereen

Tabela T-1

b) Na mestu otpornika R4(Rx) priklju se kalem sa namotajima od bakarnog provodnika i na sobnoj temperaturi (koja se oita na termometru) i izmeri otpornost R. Zatim se kalem prikljui na napon U=... (V). Usled proticanja struje kalem se zagreje (). Po isteku vremenskog intervala od 15 min ponoviti merenje otpornosti kalema. Rezultate uneti u tabelu T-2KALEM

R2Rxto

hladno

zagrejano

Tabela T-2

c) Obrtni potenciometar se jednim krajnjim i srednjim izvodom vee umesto otpornika R4. Izmeri se maksimalna vrednost otpora potenciometra Rm u krajnjem poloaju. Zatim se osovina potenciometra postavi u proizvoljan poloaj Rx. Izmeri se otpor i izrauna ugao pomeranja. Otpornost potenciometra raunati pomou obrasca . Rezultate uneti u tabelu T-3OBRTNI POTENCIOMETAR

R2Rx

Rm

R()

Tabela T-3VEBA BR. 3

ODREIVANJE STATIKE KARAKTERISTIKE POLUPROVODNIKE DIODE

Poluprovodnika dioda je elektronska komponenta dvoslojne strukture od poluprovodnika P i N tipa. Kada dioda nije ukljuena u elektrino kolo na P strani spoja postoji velika koncentracija upljina (+), a na N strani velika koncentracija slobodnih elektrona (-). Zbog difuzije upljina u N podruje i elektrona u P podruje formira se prelazni sloj irine reda 1(m kao potencijalna barijera koja spreava dalju difuziju (sl.1).

sl.1

a) Pri vezivanju diode u kolo u direktnom provodnom smeru (A na +, K na -) nastaje kretanje upljina ka N strani i elektrona ka P strani spoja. Gubitak nosioca naelektrisanja usled rekombinacije se nadoknauje iz izvora EMS. Potencijalna barijera se smanjuje, P-N spoj provodi struju, a otpornost P-N spoja je mala. Struja se ograniava otpornikom R2 (sl.3).

b) Kada se dioda vee u neprovodnom inverznom smeru (A na -, a K na +) potencijalna barijera se poveava i oteava prelazak nosioca naelektrisanja preko spoja pa je struja kroz diodu mala. Dioda u inverznom smeru ima veliku otpornost. Pri velikoj vrednosti inverznog napona struja naglo raste i za male promene napona. Pri nekoj vrednosti napona Uz dolazi do proboja (sl.2).ZADATAK

Povezati elektrino kolo sa diodom D prema datim emama: na sl.3 za vezu diode u direktnom smeru i

na sl.4 za vezu diode u inverznom smeru

Ukljuiti izvor za napajanje i izvriti merenja. Rezultate merenja uneti u tabelu T-1 i izraunati otpornost diode Rd. Na osnovu rezultata merenja nacrtati karakteristiku diode Id = F(Ud).

sl.2OPREMA I MERNI INSTRUMENTI izvor za napajanje jednosmernom strujom

reostat R-1 za podeavanje napona na diodi Ud otpornik R2=100/1 W za ogranienje vrednosti struje kroz diodu

poluprovodnike diode tipa AY (germanijum) i BY (silicijum)

voltmetar V za merenje napona na diodi Ud ampermetar A za merenje struje kroz diodu IdEMA VEZE OPREME I MERNIH INSTRUMENATA

sl. 3 Veza diode u provodnom smeru

sl. 4 Veza diode u inverznom smeru

POSTUPAK PRI MERENJU

Pre poetka merenja i ukljuivanja izvora za napajanje merni instrumenti se postave na opsege: I_= i U_= , a reostat R1 u poloaj 1 (R=0)

Merenje karakteristike u direktnom smeru

Povezati kolo prema slici 3. Ukljuiti izvor za napajanje.

Merne opsege postaviti na U=1V, I=100mA

Pomeranjem klizaa na reostatu R1 podeava se vrednost struje na diodi Id. Za svsku vrednost struje oitava se vrednost napona na diodi.

Maksimalna dozvoljena vrednost struje je Id=1.2A.

Promene mernih opsega vriti kada kazaljka dostigne krajnju podelu na opsegu na kome se vri merenje.

Merenje karakteristike u inverznom smeru

Povezati kolo prema slici 4

Ukljuiti izvor za napajanje

Merne opsege postaviti U=10V, I=1mA

Merenje poeti od napona U=1V

Pomeranjem klizaa na reostatu R1 podeava se vrednost napona na diodi u skokovima po 1V i ita struja

Izvriti po 10 merenja za svaku vezu i rezultate uneti u tabelu T-1. Na osnovu toga nacrtati karakteristiku Id=F(Ud).Redni broj merenjaProvodni smerInverzni smer

I(mA)U(V)Rd(()I(AU(V)Rin(k()

tabela T-1

Izraunati otpornost diode za svako merenje koristei obrazac

EMBED CorelDraw.Graphic.8

sl. 2

EMBED CorelDRAW.Graphic.11

sl.3

PAGE

_1127205825.unknown

_1130314294.unknown

_1130736339.unknown

_1257056974.unknown

_1257057012.unknown

_1257061138.unknown

_1259656520.unknown

_1259732654.unknown

_1259655869.unknown

_1257057774.unknown

_1257060672.unknown

_1257056994.unknown

_1257056058.unknown

_1257056887.unknown

_1257056685.unknown

_1130736898.unknown

_1130737578.unknown

_1130315578.unknown

_1130315769.unknown

_1130562493.unknown

_1130568045.unknown

_1130568024.unknown

_1130315882.unknown

_1130315697.unknown

_1130314754.unknown

_1130314795.unknown

_1130315333.unknown

_1130314593.unknown

_1127209628.unknown

_1129371791.unknown

_1130313674.unknown

_1130314246.unknown

_1130313610.unknown

_1127209976.unknown

_1129020250.unknown

_1129371580.unknown

_1129020225.unknown

_1127209974.unknown

_1127209505.unknown

_1127209533.unknown

_1127209557.unknown

_1127209517.unknown

_1127206132.unknown

_1127206902.unknown

_1127209448.unknown

_1127206264.unknown

_1127206131.unknown

_1127205079.unknown

_1127205396.unknown

_1127205674.unknown

_1127205761.unknown

_1127205651.unknown

_1127205232.unknown

_1127205330.unknown

_1127205152.unknown

_1127204392.unknown

_1127204888.unknown

_1127204997.unknown

_1127204475.unknown

_1127204065.unknown

_1127204238.unknown

_1127203799.unknown