ΤΕΙ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ. Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής

Transcript

1 ΤΕΙ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ «ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ» ΧΕΙΜΕΡΙΝΟ ΕΞΑΜΗΝΟ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΟΥ ΕΤΟΥΣ Διδάσκων: Δρ. Παντελής Σ. Αποστολόπουλος (Επίκουρος Καθηγητής) s: Ιστοσελίδα: Ώρες Μαθημάτων: Δευτέρα 09:00-11:00 και Τρίτη 09:00-11:00 Εργαστηριακός Χώρος: Εργαστήριο Φυσικής ΕΑ1

2 Εργαστηριακή Άσκηση 3 Τίτλος Άσκησης: Όργανα μέτρησης και Ηλεκτρικά Στοιχεία Σκοπός: Η γνωριμία των φοιτητών με όλες τις συνιστώσες που αποτελούν ένα εργαστήριο ηλεκτρικών κυκλωμάτων, ηλεκτρονικής και ηλεκτρικής ισχύος. Συγκεκριμένα οι φοιτητές θα έχουν την ευκαιρία να εξοικοιωθούν με τις δοκιμαστικές πλακέτες (breadboards), τους αντιστάτες, τους πυκνωτές, τα πηνία καθώς και τον τρόπο με τον οποίο συνδέονται σε αυτές. Θα έρθουν σε μία πρώτη επαφή με την έννοια του πολυμέτρου, τις γεννήτριες συνεχούς ρεύματος, τις γεννήτριες σήματος, τους καταμετρητές RLC (ωμικής, επαγωγικής, χωρητικής εμπέδησης), τους φορητούς αναλυτές σήματος και τους παλμογράφους.

3 Δοκιμαστικές Πλακέτες (BreadBoards)

4 Δοκιμαστικές Πλακέτες (BreadBoards) Οι δοκιμαστικές πλακέτες αποτελούν τα πιο χρήσιμα εργαλεία σε ένα εργαστήριο ηλεκτρικών κυκλωμάτων ηλεκτρονικής διότι μας επιτρέπει να δημιουργούμε και να κατασκευάζουμε στοιχειώδη ή και πολύπλοκα κυκλώματα χωρίς να χρειάζονται κολλήσεις μεταξύ των ηλεκτρικών στοιχείων ή των αγώγιμων διαδρομών. Αυτή αποτελείται από τα ακόλουθα μέρη: Είσοδοι σήματος (DC, AC) Γείωσης Αποτελούν τις υποδοχές οι οποίες συνδέονται με τις εξόδους της γεννήτριας συνεχούς ή εναλλασσόμενου ρεύματος Γραμμές τροφοδοσίας Αυτές συνίστανται από μικρές αγώγιμες οπές (συνήθως επινικελωμένες ή επάργυρες) οι οποίες επιτρέπουν την εισαγωγή οποιουδήποτε σήματος DC AC. Αγωγιμότητα παρουσιάζεται μόνο σε μία από τις δύο διευθύνσεις του επιπέδου (κατά πλάτος). Για ευκολία με κόκκινο σημειώνεται το θετικό δυναμικό και με μπλε το αρνητικό δυναμικό. Αγώγιμα Κανάλια Όπως και στις γραμμές τροφοδοσίας συνίστανται από μικρές αγώγιμες οπές (συνήθως επινικελωμένες ή επάργυρες) οι οποίες επιτρέπουν την εισαγωγή οποιουδήποτε ηλεκτρικού στοιχείου. Αγωγιμότητα παρουσιάζεται μόνο σε μία από τις δύο διευθύνσεις του επιπέδου (κατά μήκος).

5 Αντιστάτες (Resistances) Οι αντιστάτες R είναι αγώγιμες διαδρομές οι οποίες παρουσιάζουν συγκεκριμένη αντίσταση στη διέλευση του ηλεκτρικού ρεύματος. Ο προσδιορισμός της αντίστασης σε Ohm μπορεί να γίνει είτε μέσω πολυμέτρου είτε χρησιμοποιώντας τον χρωματικό κώδικα που φαίνεται στο Σχήμα 1. Οι δύο (2) πρώτες λωρίδες αντιστοιχούν στα σημαντικά ψηφία της τιμής της R, η τρίτη (3) λωρίδα στην τάξη μεγέθους (δύναμη του 10) και η τέταρτη (4) λωρίδα στην αβεβαιότητα ή ανοχή της αντίστασης. Σε περίπτωση κατά την οποία δεν υπάρχει λωρίδα ανοχής τότε θεωρείται ως προκαθορισμένη τιμή ανοχής (tolerance) η τιμή 20%. Σχήμα 1: Χρωματικός Κώδικας αντιστατών

6 Αντιστάτες (Resistances) Σχήμα 1: Χρωματικός Κώδικας αντιστατών

7 Πυκνωτές (Capacitors) Οι πυκνωτές αποτελούν ηλεκτρονικά στοιχεία τα οποία αποθηκεύουν φορτίο (κατά συνέπεια ηλεκτρική ενέργεια). Ουσιαστικά είναι μία διάταξη μεταλλικών και φορτισμένων πλακών σε πολύ μικρή απόσταση μεταξύ τους ανάμεσα στις οποίες παρεμβάλλεται υλικό για μεγαλύτερη χωρητικότητα και αντοχή. Υπάρχουν διάφοροι τύποι πυκνωτών ο κάθε ένας με τη δικιά του χρησιμότητα και ρόλο: ηλεκτρολυτικοί, κεραμικοί, επίπεδοι κ.τ.λ. Επίσης οι πυκνωτές διαχωρίζονται σε τυχαίας πολικότητας, πολωμένους και μεταβλητούς. Η μονάδα μέτρησης της χωρητικότητας είναι το Farad (F) και τα υποπολλαπλάσιά του. Προσοχή: Στους ηλεκτρολυτικούς και πολωμένους πυκνωτές λαμβάνεται υπόψη η πολικότητά του διαφορετικά μπορεί να προκληθεί ατύχημα. Συγκεκριμένα ο μεγαλύτερος ακροδέκτης αντιστοιχεί σε θετικό σήμα και ο μικρότερος σε αρνητικό.

8 Πηνία (Coils) Τα πηνία είναι διατάξεις αποθήκευσης ενέργειας μαγνητικού πεδίου. Διακρίνονται σε διάφορες κατηγορίες όπως δακτυλιοειδή, σωληνοειδή, με πυρήνα σιδηρομαγνητικού υλικού κ.α. Χρησιμοποιούνται ευρέως σε φίλτρα και συστήματα RL, LC και RLC όπου διαμορφώνουν συγκεκριμένες τιμές σύνθετης αντίστασης (εμπέδησης) εξόδου, χρονικές υστερήσεις («φόρτιση» και «εκφόρτιση» πηνίου κ.τ.λ. Η μονάδα μέτρησης της επαγωγικής «χωρητικότητας» είναι το Henry (H) και τα υποπολλαπλάσιά του.

9 Ψηφιακό Πολύμετρο UNI-T (UT58E)

10 Γεννήτρια Συνεχούς Ρεύματος (DC)

11 Γεννήτρια Σύνθετων Σημάτων (AC)

12 Μετρητής Συχνότητας, Εμπέδησης και Φασικής γωνίας (AC)

13 Πειραματικό Μέρος 1. Επιλέγουμε 4 διαφορετικούς αντιστάτες διαφόρων τάξεων μεγέθους (π.χ. Ω, 10 2 Ω, 10 3 Ω και 10 5 Ω). Με βάση τον χρωματικό κώδικα προσδιορίστε τις τιμές των αντιστάσεων. 2. Για τις ίδιες αντιστάσεις χρησιμοποιήσατε το πολύμετρο για τη μέτρησή τους. Για κάθε μία πραγματοποιήσατε 5 μετρήσεις και βρείτε τη μέση τιμή και το σφάλμα στη μέση τιμή. 3. Συγκρίνατε τις τιμές που βρήκατε στα σημεία 1 και Με την επίβλεψη του διδάσκοντα, δώσατε 3 παροχές διαφορών δυναμικού συνεχούς ρεύματος και λάβετε 5 μετρήσεις με το πολύμετρο για κάθε μία από αυτές. Βρείτε τη μέση τιμή και το σφάλμα στη μέση τιμή. 5. Κάνετε το ίδιο για τις εντάσεις του ηλεκτρικού ρεύματος που παρέχεται από το τροφοδοτικό συνεχούς ρεύματος. 6. Για τυχαίες αντιστάσεις (των οποίων τις τιμές θα καταγράψετε στο φυλλάδιό σας) υλοποιείστε στη δοκιμαστική πλακέτα το κύκλωμα που βλέπετε στο ακόλουθο σχήμα. 7. Με βάση τους αντιστάτες που επιλέξατε, μετρήσατε τη συνολική αντίσταση με το πολύμετρο. Καταγράψτε το αποτέλεσμα στο φυλλάδιό σας.