Министерство образования и науки Российской Федерации

Новосибирский государственный технический университет

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

621.3 № 3109

О-753

ОСНОВЫ ТЕОРИИ ЦЕПЕЙ

Методическое руководство к лабораторным работам

для студентов факультетов радиотехники, электроники и физики,

энергетики, физико-технического и бизнеса

дневной и заочной форм обучения

Новосибирск

2006

УДК 621.3.011.7(07)

О-753

Составители: доц. В.В. Афанасьев, проф. О.Н. Веселовский,

доц. О.Б. Давыденко, проф. Д.Л. Калужский,

доц. М.Г. Калюжный, ст. преп. А.В. Никоненко,

доц. Б.Х. Левин, проф. А.В. Сапсалев,

доц. В.С. Чуркин

Под общей редакцией проф. А.В. Сапсалева

Рецензент Ю.В. Петренко

Работа выполнена на кафедре общей электротехники

 Новосибирский государственный

технический университет, 2006

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящее руководство охватывает полный цикл лабораторных работ, выполняемых студентами в соответствии с программой курса «Основы теории цепей». Часть работ может быть рекомендована для студентов, изучающих электротехнические курсы с другим названием, но включающие раздел теории электрических цепей. Содержание настоящего сборника максимально приближено к вузовским специальностям информационного (неэнергетического) направления. В связи с этим подавляющее число работ выполняется с использованием в качестве источника генератора синусоидальных сигналов регулируемой частоты и амплитуды.

Выполнение каждой лабораторной работы рассчитано на два академических часа. Примерно 1,5…2 часа необходимо для домашней подготовки к очередному занятию. При этом предполагается, что в процессе самостоятельной подготовки студенты каждой бригады заготавливает бланки протоколов, содержащие необходимые схемы, формулы и таблицы; после заполнения во время лабораторной работы результатов измерений и последующей их обработки эти протоколы превращаются в отчет, подлежащий защите.

Для студентов, проявивших способности и интерес к углубленному ис-следованию электрических цепей, в большинстве работ предусмотрены специальные дополнительные задания. Эти задания помечены звездочками.

Перечень работ, выполняемых студентами конкретной специальности или направления в том или ином семестре, указан в календарных планах курсов, а также сообщается студентам на лекциях.

Ссылки на литературные источники делаются в том порядке, в каком они приведены в списке литературы в конце настоящего руководства. Студент может пользоваться конспектом лекций и любым литературным источником, в котором изложен интересующий его раздел, и только в качестве примера здесь делаются ссылки на какой-нибудь один, в крайнем случае – два источника. Это следует рассматривать как минимум, необходимый для подготовки к работе и ее защите.

Прежде чем приступить к выполнению лабораторного практикума, студенты в обязательном порядке проходят инструктаж по технике безопасности и расписываются в соответствующем журнале.

ВВЕДЕНИЕ

Домашняя подготовка. Подготовка к выполнению каж­дой лабораторной работы предполагает:

1) изучение по рекомендуемой литературе нужных разделов, относящихся к данной работе;

2) внимательное изучение описания лабораторной работы с целью представления ее структуры и программы выполнения;

3) письменный ответ каждого члена бригады на контрольные вопросы к лабораторной работе;

4) оформление протокола (заготовки) будущего отчета по лабораторной работе.

Для заготовки используются листы формата А4 (210  297 мм). Первой страницей считается титульный лист, образец которого приводится ниже. В начале следующего листа указываются цель лабораторной работы и программа выполнения (рабочее задание). Остальное содержание отчета должно отражать этапы выполнения работы в соответствии с ее программой.

Оформление каждого этапа работы должно включать:

– его развернутый заголовок в соответствии с рабочим заданием (например, «Исследование частотной зависимости модуля комплексного сопротивления катушки»);

– схемы исследуемых цепей с условным обозначением измерительных приборов, соответствующие цели эксперимента данного этапа;

– таблицы для записи опытных данных и результатов их обработки;

– необходимые формулы и уравнения и место для расчета по данным соотношениям;

– при необходимости предварительный рас­чет значений величин, используемых при экспериментальных исследованиях;

– заготовки для построения необходимых графиков, если это предусмотрено заданием, при­чем желательно выбирать их масштабы такими, чтобы поле, занимаемое графиком, приближалось к квадратному. Вычерчивать графики рекомендуется на миллиметровой бумаге и по воз­можности различными цветами. Длина координатных осей может быть 80…220 мм, в зависимости от количества кривых. Все штрихи на координатных осях наносят на равных расстояниях друг от друга, указывают только округленные числовые значения величин и их размерности;

– анализ полученных результатов каждого этапа работы и выводы (заключение) по всей работе.

При вычерчивании схем электрических цепей следует пользоваться обозначениями, принятыми в учебных пособиях по ОТЦ и ТОЭ последних изданий. Все формулы и уравнения следует записывать аккуратно, не экономя бумагу. Умейте и зачеркнуть аккуратно! При однократном вычислении значения какой-либо величины приводится формула в общем виде, затем в нее подставляют численные величины и, наконец, записывают ответ. При многократном вычислении значений величины, результаты которой заносятся в таблицу, приводится только формула вычислений. Например, .

Важной ча­стью подготовки являются ответы на контрольные вопросы.

Пример оформления титульного листа

лабораторной работы

Новосибирский государственный технический университет

Кафедра общей электротехники

ОТЦ

Отчет по лабораторной работе № 2

Исследование линейной электрической цепи

постоянного тока

Факультет

Группа

Студенты

Преподаватель

Н овосибирск, 2006

Если име­ются вопросы, ответы на которые вызывают затруднения, то нужно еще раз перечитать соответствующие разделы учебных пособий или обратиться к преподавателю за разъяснениями. Только после уверенных ответов на все вопросы предварительную подготовку к ра­боте можно считать законченной.

Выполнение работы. В начале занятия бригада студентов должна представить полностью оформленный и скрепленный отчет по предыдущей лабораторной работе и заготовку очередной работы.

Преподаватель, ведущий занятия в студенческой подгруппе, должен проверить степень готовности студентов каждой бригады к лабораторной работе и, если сочтет ее достаточной, допустить их к ее выполнению. Только после получения допуска студенты бригады могут приступить к работе. В этом случае отчет выполняется один на бригаду. После завершения ее очередного этапа полученные результаты необходимо показать преподавателю. Если в отчете будут обнаружены какие-то неточности, то их еще можно будет исправить.

При отсутствии заготовки к очередной работе и при низкой степени подготовки студентов к ее выполнению преподаватель вправе потребовать от студентов бригады представить индивидуальные отчеты.

По окончании работы преподаватель делает отметку в своем журнале. Отчет по выполненной работе рекомендуется оформлять в день выполнения работы или на следующий день, пока свежи воспоминания о проделанной работе.

Оформление отчета. Отчет оформляется разборчиво от руки либо на компьютере.

Математические преобразования должны выполняться в общем виде, т.е. в буквенных выражениях. Числовую подстановку делать в соответствии с порядком следования символов в выражениях. Числовая подстановка без записи формулы или запись ответа после буквенного выражения недопустимы.

Все промежуточные результаты рекомендуется вычислять с точностью до четырех значащих цифр, а окончательные результаты записывать с тремя значащими цифрами с указанием единицы измерения. Пользуйтесь микрокалькулятором для инженерных и научных расчетов (Scientific Calculator) с комплексной арифметикой! Установите точность отображаемых им чисел в четыре значащие цифры мантиссы числа (командой TAB 3).

Все графики выполняются в удобочитаемом масштабе на миллиметровой бумаге формата А4 либо графическими средствами операционных систем Windows или программных продуктов Microsoft Office. На графике должны быть обозначены расчетные точки, по которым строятся кривые, и указаны идентификаторы и единицы измерения величин, откладываемых по осям графика. Штриховка координатных осей – равномерная с указанием округленных значений.

При обработке результатов опытов на компьютере рекомендуется использовать функции сплайновой аппроксимации системы MathCad. При оформлении экспериментальных результатов вручную расчетные точки графика соединяются плавной кривой с применением лекал.

Защита лабораторной работы. Лабораторные работы, объединенные в циклы, защищаются письменно в отведенное для этого время.

Правила работы в лаборатории. До начала работы с ап­паратурой студенты должны пройти инструктаж по технике безопасности и в последующем строго выполнять все изученные положения.

В со­ответствии с ГОСТ 12.1.009-76 малым является на­пряжение не более 42 В, поэтому студенты не должны вскры­вать макеты, приборы или какую-либо аппаратуру, посколь­ку в них могут оказаться неизолированные участки с на­пряжением более 42 В. Нельзя касаться корпусов двух приборов одновременно. При нормальной работе корпусы приборов должны быть соединены между собой для выравнивания их потенциалов. В случае, когда корпус одного прибора заземлен, а корпус другого почему-либо не сое­динен с общим проводом и к тому же изоляция силового трансформатора имеет недостаточно большое сопротивление, между корпусами этих приборов может оказаться сетевое напряжение, что опасно для жизни.

По этой же причине нельзя при работе с электроуста­новками касаться неизолированных проводников и уст­ройств, имеющих нулевой потенциал (водопроводные трубы, отопительные радиаторы и т. д.). Студенты должны научить­ся работать с аппаратурой одной рукой, что позволит исключить касание двух приборов одновременно. Категори­чески запрещается включать аппаратуру, если в помещении находятся менее двух человек. Нельзя пользоваться неис­правной аппаратурой, проводниками с пониженной изоля­цией.

При возникновении опасности следует прежде всего от­ключить сеть питания и сообщить преподавателю или лабо­ранту о случившемся. При поражении током необходимо оказать первую помощь пострадавшему, если произошло за­горание аппаратуры, то следует немедленно отключить напряжение сети, исполь­зовать огнетушители и иные средства гашения огня.

Возможны случаи, когда несоблюдение правил экс­плуатации аппаратуры не вызывает травм, но ведет к пор­че приборов. Например, не следует замыкать накоротко выводы источников постоянного напряжения и генератора синусоидальных сигналов или подключать к их выходам резистор с малым сопротивлением. При работе с вольтметром и амперметром нужно знать порядок измеряемого напряжения и соответственно тока и заранее устанавливать приемлемые пределы измерения. Если предполагаемое значение измеряемой величины неизвестно, то при использовании многопредельных приборов измерения следует начинать с максимально возможного предела.

При выполнении лабораторных работ необходимо соблюдать правила, направленные на повышение точности измерений. Важнейшим из них является соединение корпусов генератора и измерительных приборов.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ИЗУЧЕНИЕ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ

И ОСНОВНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

ЛАБОРАТОРИИ ОСНОВ ТЕОРИИ ЦЕПЕЙ

Цель работы – ознакомиться с устройством источников питания и электроизмерительных приборов и приобрести начальные навыки работы с этим оборудованием.

Объекты изучения

На лабораторном стенде находятся и подлежат изучению:

1) генератор сигналов низкочастотный Г3-112 (или другая модификация генератора сигналов);

2) универсальный источник постоянного тока с выходными стабилизированными напряжениями 9 и 12 В;

3) электронный вольтметр В3-38 (милливольтметр);

4) осциллограф универсальный С1-77 (или его другая модифи-кация);

5) комбинированный цифровой прибор или тестер.

Рабочее задание

1. Подготовить к работе генератор сигналов, электронный вольтметр и осциллограф, для чего на каждом из них включить тумблер «сеть» (время прогрева приборов примерно 10…15 мин).

2. Во время прогрева приборов ознакомиться с принципом действия всех перечисленных выше приборов, изучить их лицевые панели и назначение всех ручек управления, тумблеров, переключателей и шкал. Рекомендуется внимательно прочесть методические указания и рекомендации к этой работе, изложенные после рабочего задания.

3. Собрать на универсальной панели последовательную цепь, содержащую резистор 1 кОм и конденсатор 0.015 мкФ (воспользовавшись магазином сопротивлений и магазином емкостей на стенде), и подключить к ней генератор синусоидальных сигналов.

4. Включить параллельно генератору электронный вольтметр и установить следующие параметры выходного сигнала генератора: 3 В, 10 кГц.

5. Подключить к резистору осциллограф (I канал) и добиться на экране устойчивого изображения одного-двух периодов синусоидального сигнала.

6. Определить длительность периода и частоту сигнала на резисторе . Сравнить вычисленную частоту с показанием выходного индикатора генератора.