ΗΜΥ203 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Εισαγωγή στο Εργαστήριο (Εργαστηριακός Εξοπλισμός, Διαιρέτης Τάσης και Ρεύματος) ιδάσκων: ρ. Γιώργος Ζάγγουλος Πανεπιστήµιο Κύπρου Τµήµα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών
Ατζέντα 1. Συζήτηση συμβολαίου 2. Εισαγωγή στον Εργαστηριακό Εξοπλισμό 3. Μονάδες Μέτρησης και Τάξη Μεγέθους 4. Ηλεκτρικά στοιχεία R, Lκαι C 5. Εργαστήριο 1 6. Εργαστήριο 2 Ιούνιος 15 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 2
1. Συζήτηση συμβολαίου Ώρες Διαλέξεων: Ώρες Εργαστηρίων: Τρίτη και Πέμπτη 10:00-12:00, ΛΑ130 Τρίτη και Πέμπτη 12:30-15:30, και Τετάρτη, 10:30-13:30, ΛΑ 132 Διδάσκων: Δρ. Γεώργιος Ζάγγουλος Ώρες Γραφείου: Με ραντεβού (καθημερινά) Email: zaggoulos.george@ucy.ac.cy, Τηλ. Εργαστηρίου ΛΑ132 : 22892219 Youtube tutorials: ece labs ucy Βοηθοί Μαθήματος: Λουίζα Σοφοκλέους lsofok01@ucy.ac.cy(διδακτορική Φοιτήτρια) Βαλεντίνα Χριστοδούλου cchris11@ucy.ac.cy(διδακτορική Φοιτήτρια) Ιούνιος 15 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 3
Στόχοι ΗΜΥ203 Το ΗΜΥ203 έχει ως κύριο στόχο την εμπέδωση της ύλης που έχει διδαχθεί στο μάθημα ΗΜΥ102 του 2ου εξαμήνου. Για την επίτευξή του πιο πάνω στόχου, τα θεωρήματα και οι μέθοδοι που διδάχθηκαν στο ΗΜΥ102 μπαίνουν σε εφαρμογή στο ΗΜΥ 203 μέσω 9 εργαστηριακών εργασιών. Επιπλέον, στόχοι του μαθήματος είναι οι φοιτητές: Να εξοικειωθούν με τη χρήση των βασικών οργάνων του εργαστηρίου, όπως ο παλμογράφος, το πολύμετρο και η γεννήτρια συναρτήσεων. Να εμπεδώσουν τον τρόπο μετρήσεως σημάτων σε ένα κύκλωμα και την εφαρμογή των βασικών θεωρημάτων, όπως π.χ. νόμοι του Kirchoff, θεώρημα Thevenin, θεώρημα της επαλληλίας κλπ. Να γνωρίσουν στην πράξη τις πηγές σφαλμάτων σε μετρήσεις και να κατανοήσουν τη διαφορά μεταξύ θεωρητικών και πειραματικών τιμών. Να εφαρμόσουν τη θεωρία των εναλλασσόμενων κυκλωμάτων σε πρακτικά κυκλώματα. Να εξοικειωθούν με το λογισμικό PSPICEτο οποίο υποστηρίζει τον σχεδιασμό και προσομοίωση κυκλωμάτων σε ηλεκτρονικό υπολογιστή. Ιούνιος 15 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 4
Περιεχόμενο Μαθήματος Τα δέκα εργαστηριακά πειράματα περιλαμβάνουν βασικά κυκλώματα (κυρίως με στοιχεία R, L και C) και μετρήσεις με τη χρήση των βασικών οργάνων (κυρίως ψηφιακό πολύμετροκαι παλμογράφο). Επιπρόσθετα στο μάθημα δίνεται ιδιαίτερη σημασία στην κατανόηση του τρόπου μετρήσεως σημάτων σε ένα κύκλωμα (με πηγές DC και AC), κατανόηση των πηγών σφαλμάτων σε μετρήσεις καθώς και της διαφοράς μεταξύ θεωρητικών και πειραματικών τιμών. Τέλος, γίνεταιεφαρμογή των βασικών θεωρημάτων για ηλεκτρικά κυκλώματα (που διδαχθήκατε στο ΗΜΥ102). Η εξοικείωση σας με το λογισμικό PSPICEαποτελεί ένα από τους στόχους αυτού του μαθήματος. Το πρόγραμμα αυτό θα χρησιμοποιηθεί για να εξοικειωθείτε με το σχεδιασμό και προσομοίωση διαφόρων ηλεκτρικών κυκλωμάτων που θα υλοποιήσετε μέσα από τις 9 εργαστηριακές ασκήσεις (πειράματα). Ιούνιος 15 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 5
Χρονοδιάγραμμα Εβδοµάδα & Ηµεροµηνία 1 09/06/15 11/06/15 2 16/06/14 18/06/15 3 23/06/15 ιαλέξεις, Εργαστηριακές Ασκήσεις και Υποχρεώσεις ανά Εβδοµάδα 1: Παρουσίαση Συµβολαίου ΗΜΥ203 και Εργαστηρίων 1-2 Ε1: Εξοικείωση µε τον Εργαστηριακό Εξοπλισµό 2: Παρουσίαση Εργαστηριακής Άσκησης 3 Ε2: Εισαγωγή στις Μετρήσεις Σηµάτων και Επίδραση Οργάνου στις Μετρήσεις 3: ΕπίλυσηΑσκήσεων Ε3: Ορθότητα, Ακρίβεια και σωστός αριθµός δεκαδικών ψηφίων 4: Παρουσίαση Εργαστηριακής Άσκησης 4 5: Παρουσίαση Εργαστηριακής Άσκησης 5 Ε4: Παράλληλες Αντιστάσεις και ιαίρεση τάσης και ρεύµατος 25/06/15 6: Παρουσίαση Εργαστηριακής Άσκησης 6 Ε5: Γραµµικότητα, Αναλογικότητα και Επαλληλία Ιούνιος 15 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 6
Χρονοδιάγραμμα Εβδοµάδα & Ηµεροµηνία 1 09/06/15 10/06/15 11/06/15 2 16/06/14 17/06/15 18/06/15 3 23/06/15 24/06/15 25/06/15 ιαλέξεις, Εργαστηριακές Ασκήσεις και Υποχρεώσεις ανά Εβδοµάδα 1: Παρουσίαση Συµβολαίου ΗΜΥ203 και Εργαστηρίων 1-2 Ε1: Εξοικείωση µε τον Εργαστηριακό Εξοπλισµό 2: Παρουσίαση Εργαστηριακής Άσκησης 3 3: ΕπίλυσηΑσκήσεων Ε2: Εισαγωγή στις Μετρήσεις Σηµάτων και Επίδραση Οργάνου στις Μετρήσεις 4: Παρουσίαση Εργαστηριακής Άσκησης 4 Ε3: Ορθότητα, Ακρίβεια και σωστός αριθµός δεκαδικών ψηφίων 5: Παρουσίαση Εργαστηριακής Άσκησης 5 Ε4: Παράλληλες Αντιστάσεις και ιαίρεση τάσης και ρεύµατος 6: Παρουσίαση Εργαστηριακής Άσκησης 6 Ιούνιος 15 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 7
Αξιολόγηση Ενδιάµεση Εξέταση (Εργ. 1-6) 50% Τελική Εξέταση (Εργ. 1-9) 50% Εργασίες Βελτίωσης Βαθµού* Δηµιουργία εκπαιδευτικού βίντεο (5-12 λεπτά) 10% * Απαιτείται τουλάχιστο 40% στις εξετάσεις για να προστεθεί ο βαθµός του βίντεο Ιούνιος 15 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 8
Προϋποθέσεις επιτυχίας στο μάθημα Απαραίτητες προϋποθέσεις επιτυχίας στο μάθημα είναι: η ολοκλήρωση όλων των εργαστηριακών ασκήσεων και η εξασφάλιση συνολικού βαθμού >= 50%. Οι αντίστοιχες μονάδες από την εργασία βελτίωσης βαθμού θα δίνονται ΜΟΝΟ σε φοιτητές που έχουν εξασφαλίσει συνολικά το 40% στο μάθημα χωρίς να υπολογίζεται η βαθμολογία από την εργασία βελτίωσης βαθμού. Φοιτητές που ενδιαφέρονται να κάνουν εργασία θα πρέπει να επιλέξουν θέμα και να το δηλώσουν στον διδάσκοντα για έγκριση μέχρι τις 02/07/2015. Η εργασία μπορεί να είναι ατομική ή ομαδική και πρέπει να ολοκληρωθεί και να παραδοθεί μέχρι τις 16/07/2015. ΔΕΝ θα δοθεί καμία παράταση στα βίντεο. Ο διδάσκων διατηρεί το δικαίωμα οριακής αύξησης της βαθμολογίας με βάση την ενεργό συμμετοχή στο μάθημα. Ιούνιος 15 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 9
Διαχείριση Χρόνου Κατά τη φοιτητική σας ζωή υπάρχει χρόνος για όλα Ύπνος Μελέτη Διασκέδαση.. αρκεί να τον κατανέμετε σωστά, ανάλογα βέβαια με τους στόχους και τις υποχρεώσεις σας. Ιούνιος 15 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 10
Κανόνες Δεοντολογίας Όλοι οι φοιτητές του Πανεπιστημίου Κύπρου οφείλουν να γνωρίζουν και τηρούν τους Νόμους, Κανονισμούς, Κανόνες και επίσημες οδηγίες και ανακοινώσεις που τους αφορούν. Μια σύντομη περίληψη υπάρχει στο Εγχειρίδιο του Εργαστηρίου. Για να επιτραπεί η είσοδος στο εργαστήριο πρέπει να υπογραφεί η δήλωση κατανόησης των κανόνων δεοντολογίας και να παραδοθεί στον διδάσκοντα. Ιούνιος 15 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 11
Πολιτική Κανόνες Μαθήματος Εξοπλισμός Εργαστηρίου:Η κάθε ομάδα είναι υπεύθυνη για τον εξοπλισμό του εργαστηρίου. Οι φοιτητές που χρησιμοποιούν τον κάθε σταθμό είναι υπεύθυνοι για τον εξοπλισμό και τα υλικά. Αν οτιδήποτε χαθεί ή καταστραφεί λόγω αμέλειας, οι φοιτητές του σταθμού θα θεωρούνται υπεύθυνοι. Για να επιτραπεί η είσοδος στο εργαστήριο πρέπει να υπογραφεί η δήλωση χρέωσης εξοπλισμού και να παραδοθεί στον διδάσκοντα. Ασφάλεια Εργαστηρίου:Η ασφάλεια σας βασίζεται κυρίως σε ΕΣΑΣ. Στο Εγχειρίδιο υπάρχουν οι κανόνες ασφαλείας. Για να επιτραπεί η είσοδος στο εργαστήριο πρέπει να υπογραφεί η δήλωση κατανόησης των κανόνων ασφαλείας και να παραδοθεί στον διδάσκοντα. Ιούνιος 15 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 12
2. Εισαγωγή στο Εργαστήριο Στόχος του 1 ου εργαστηρίου είναι να εφοδιάσει το φοιτητή με τις βασικές γνώσεις για τον εξοπλισμό που χρησιμοποιείται σε ένα εργαστήριο ηλεκτρονικών. Ο βασικός εξοπλισμός αποτελείται από: τον παλμογράφο (oscilloscope), το πολύμετρο(multimeter), τη γεννήτρια συναρτήσεων (function generator), το τροφοδοτικό συνεχούς τάσης και την εκπαιδευτική πλακέτα (breadboard) μαζί με τη βάση της. Με την ολοκλήρωση του 1 ου εργαστηρίου, ο φοιτητής/φοιτήτρια θα πρέπει να είναι σε θέση να μπορεί να ρυθμίζει κατάλληλα τα πιο πάνω όργανα και να μετρά το πλάτος και την συχνότητα διαφόρων σημάτων. Ο φοιτητής/φοιτήτρια θα πρέπει επίσης να μπορεί να διαβάζει την τιμή των αντιστάσεων και των πυκνωτών καθώς και να μετρά Ωμικές αντιστάσεις χρησιμοποιώντας το πολύμετρο. Ιούνιος 15 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 13
Πολύμετρο Το Πολύμετρο αποτελεί ένα συνδυασμό οργάνων κυρίως για μετρήσεις συνεχούς και εναλλασσόμενης (rms)τάσης και ρεύματος και Ωμικής αντίστασης. https://www.youtube.com/watch?v=uhmppgcz5tw https://www.youtube.com/watch?v=shwpdtpf94s Ιούνιος 15 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 14
Παλμογράφος Ο παλμογράφος είναι η συσκευή που μας επιτρέπει να βλέπουμε γραφικάτα σήματα εισόδου αλλά και κάποιες μαθηματικές πράξεις μεταξύ τους. https://www.youtube.com/watch?v=hhgezhp8_wc https://www.youtube.com/watch?v=3ztoitgnjbw Ιούνιος 15 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 15
Ρυθμίσεις Παλμογράφου Ιούνιος 15 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 16
Οθόνη Παλμογράφου Ιούνιος 15 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 17
Πηγή Συνεχούς Τάσης (Τροφοδοτικό) Παρέχει 2 μεταβλητές εξόδους για τάσεις από -15Vμέχρι +15V και μια ρυθμιζόμενη έξοδο για τάση από 2.8 μέχρι 5.5V. Οι δύο μεταβλητές έξοδοι παρέχουν προστασία στον χρήστη αλλά και στο κύκλωμα μέσω κυκλωματος ελέγχου του ρεύματος εξόδου. https://www.youtube.com/watch?v=3hjkz3gc7ui Ιούνιος 15 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 18
Γεννήτρια Συναρτήσεων Η έξοδος της (τύπου BNC) παρέχει όλα τα εναλλασσόμενα σήματα ελέγχου που χρειάζονται για τον έλεγχο/λειτουργία ενός κυκλώματος. https://www.youtube.com/watch?v=tj8t9yjwfps https://www.youtube.com/watch?v=ukknmdmerwg https://www.youtube.com/watch?v=_sx34lgd-cq Ιούνιος 15 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 19
Πλακέτα Κατασκευής Κυκλωμάτων https://www.youtube.com/watch?v=nk8gkpauen4 https://www.youtube.com/watch?v=eomaiy2tn6a Ιούνιος 15 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 20
Είδη Καλωδίων Καλώδια BNC Καλώδια µπανάνα Συνδέσεις και µετατροπείς BNC banana Καλώδιο BNC - κροκοδειλάκι Probe Παλµογράφου BNC Απλή Σύνδεση και τύπου Τ Ιούνιος 15 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 21
3. Μονάδες Μέτρησης και Τάξη Μεγέθους Τάση: Ρεύμα: Αντίσταση: Χωρητικότητα: Επαγωγικότητα: V (V) I (A) R (Ω) C (F) L (H) 1. Πώς µετράµε τα πιο πάνω χαρακτηριστικά; 2. Ποια η διαφορά µεταξύ: Vp, Vp-p και Vrms; Tera (Τ) = 10 12 Giga (G) = 10 9 Mega (M) = 10 6 kilo (k) = 10 3 milli (m) = 10-3 micro (µ)ή(u) = 10-6 nano (n) = 10-9 pico (p) = 10-12 Ιούνιος 15 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 22
4. Ηλεκτρικά στοιχεία R, Lκαι C Χρωματικός Κώδικας Αντιστάσεων 0 Μαυρο, 1 Καφέ, 2 Κόκκινο, 3 Πορτοκαλί, 4 Κίτρινο, 5 Πράσινο, 6 Μπλε, 7 Μωβ, 8 Γκρίζο, 9 Άσπρο Ανοχή: [5% Χρυσό, 10% Ασημί] = 1 0 0000 +/- 5% = 100κΩ +/- 5% Κωδικοποίηση Τιμής Πυκνωτών και Πηνίων (3 ψηφία) 1 ο και 2 ο Ψηφίο είναι αριθμοί ενώ το 3 ο Ψηφίο είναι το πλήθος μηδενικών. Η κωδικοποιημένη τιμή του πυκνωτή αναφέρεται σε pf, ενώ του πηνίου σε nh Π.χ.: Πυκνωτής (σε pf) με ένδειξη: 474 = 470000pF= 470nF= 0.47μF. Π.χ.: Πηνίο (σε nh) με ένδειξη 476= 47000000 nη = 47 mη Ιούνιος 15 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 23
5. Περιεχόμενο 1 ου Εργαστηρίου Αναγνώριση εργαστηριακού εξοπλισμού και ρύθμιση τροφοδοτικού, γεννήτριας σημάτων, πολυμέτρου και παλμογράφου για μετρήσεις τάσης και ρεύματος. Υλοποίηση και επαλήθευση ενός κυκλώματος Διαιρέτη Τάσης (DC και AC). Ιούνιος 15 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 24
6. Περιεχόμενο 2 ου Εργαστηρίου Κατασκευή κυκλωμάτων στην εκπαιδευτική πλακέτα και σύνδεση εξωτερικών συσκευών/οργάνων Μελέτη και επαλήθευση του διαιρέτη τάσης Μελέτη και επαλήθευση του διαιρέτη ρεύματος Μετατροπή μεταξύ Vrms, Vp, και Vp-p Υπολογισμός Ισχύς και διάρκειας λειτουργίας Επηρεασμός μέτρησης λόγω της αντίστασης οργάνου Επηρεασμός μέτρησης λόγω ανθρώπινου σώματος Ιούνιος 15 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 25
Τοποθετήσεις Αντιστάσεων στη Πλακέτα Βραχυκύκλωµα Σειράς Παράλληλα Ιούνιος 15 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 26
Διαιρέτης Τάσης R 1 + V R1 - upper terminal 3 5V R 2 + V R2 - R TOTAL R 1 R 2 2 center or "wiper" terminal 1 lower terminal VR1= (R1/R1+R2) x Vs VRi= (Ri/Rtotal) x Vs Με τη σύνδεση του βολτοµέτρου σε 2 σηµεία του κυκλώµατος, η συνολική αντίσταση σε αυτά τα 2 σηµεία θα µειωθεί! Ιούνιος 15 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 27
Διαιρέτης Ρεύματος R 1 I R1 10V R 2 I R2 R 3 I R3 IR2 = (R3/R2+R3) x IR1 Αµπερόµετρο Με τη σύνδεση του αµπεροµέτρου σε κάποιο κλάδο του κυκλώµατος, η αντίσταση του κλάδου αλλά και η συνολική αντίσταση θα αυξηθεί! Ιούνιος 15 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 28
Μαθησιακοί Στόχοι Εργαστήρια 1 και 2 Υλοποίηση κυκλωµάτων στην πλακέτα και µετρήσεις µε πολύµετρο και Ρύθµιση και συνδεσµολογία πηγών (τροφοδοτικό (DC) και γεννήτρια σηµάτων (AC)). ιάβασµα τιµής R, L και C (κώδικας χρωµάτων (R) και ψηφίων (L και C)) Χρησιµοποίηση των ορθών µονάδων µέτρησης και τάξης µεγέθους. Κατανόηση του κυκλώµατος διαίρεσης τάσης και διαίρεσης ρεύµατος. Υπολογισµός ισχύος σε κυκλώµατα DC Ιούνιος 15 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 29
Όταν κάτι πάει λάθος Ιούνιος 15 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 30