SPRAWOZDANIE NR 1
PRZYRZĄDY POMIAROWE W LABORATORIUM ELEKTRONICZNYM
Ireneusz Sołek
Grupa L06
Data wykonania ćwiczenia: 14.03.2007
Data oddania sprawozdania: 28.03.2007
I. PRZYRZĄDY
Multimetr cyfrowy
Multimetr cyfrowy V562 jest przenośnym wielofunkcyjnym przyrządem
pomiarowym, przeznaczonym do dokonywania pomiarów elektrycznych w laboratoriach
naukowo-dydaktycznych.
Multimetr pozwala na realizację następujących pomiarów:
-napięcie stałe 100 uV ... 650 V
-napięcie przemienne 100 uV ... 650 V; 40 Hz ... 100 kHz
- prąd stały 100 nA ... 2 A
- prąd przemienny 100 nA ... 2 A ; 40 Hz ... 10 kHz
- rezystancja 10 m omów ... 20 M.
- pojemność l0 pF ... 20 uF Przyrząd posiada ponadto:
- układ testera złącz półprzewodnikowych, tzn., dioda test
- układ kontroli ciągłości obwodu elektrycznego z sygnalizacją akustyczną.
- izolowane źródło prądowe 10 mA (pomiar małych rezystancji metodą czteropunktową).
Oscyloskop cyfrowy Agilent D3000
Działanie oscyloskopu cyfrowego polega na pobieraniu próbek badanego sygnału równych jego wartości chwilowej w momencie próbkowania, oraz zapamiętaniu ich (po przetworzeniu w przetworniku AC na postać słowa cyfrowego) w pamięci cyfrowej. Sygnał odczytywany z pamięci jest wyświetlany w sposób stabilny na ekranie. Istotnymi zaletami oscyloskopów cyfrowych są: możliwość matematycznej obróbki zapamiętanych sygnałów i automatyzacji pomiaru różnych parametrów sygnału (analizatory przebiegów), możliwość zapamiętywania i przesyłania sygnałów na duże odległości, możliwość sprzęgania oscyloskopu z systemami pomiarowymi, możliwość barwnej prezentacji wielu przebiegów na monitorze z kolorową lampą kineskopową.
Bandwidth (-3dB) DSO3202A: 200 MHz
DC Vertical Gain Accuracy 2 mV/div to 5 mV/d: ±4.0% full scale
10 mV/div to 5 V/div: ±3.0% full scale
Power Requirements
Line Voltage Range 100 to 240 VAC ±10%, CAT II, automatic selection
Line Frequency 50 to 440 Hz
Power Usage 50 VA max
Uniwersalny zestaw pomiarowy METEX typ 9160
W jego skład wchodzą: Generator (lewy dolny róg), Zasilacz stabilizujący (prawy dolny róg), licznik częstotliwości (lewy górny róg), multimetr (prawy górny róg)
Przyrząd charakteryzuje się szerokim zakresem realizowanych funkcji łącząc w jednej obudowie generator
funkcyjny, uniwersalny miernik częstotliwości, zasilacz stałoprądowy i multimetr cyfrowy.
W skład zestawu MS-9160 wchodzą:
1. Generator funkcyjny - możliwość generacji siedmiu rodzajów przebiegów (sinusoidalny, sinusoidalny
ukośny, trójkątny, piłokształtny, prostokątny, impulsowy, impulsowy TTL), w siedmiu zakresach
częstotliwości: od 0,2Hz do 2MHz (MS-9150) lub od 1Hz do 10MHz (MS-9160).
2. Miernik częstotliwości - pomiar częstotliwości w zakresie 5Hz do 1,3GHz.
3. Zasilacz stałoprądowy - wyjścia napięć stałych w trzech zakresach: 5V/2A (ustalone), 15V/1A (ustalone)
oraz regulowane 0 do 30V / 0 do 2A (MS-9150) lub 0 do 30V / 0 do 3A (MS-9160).
4. Multimetr cyfrowy - pomiary napięć stałych i zmiennych do 1000V DC/ 750V AC, prądów do 20A
(DC/AC), rezystancji do 40M., pojemności do 400µF oraz poziomów logicznych (CMOS i TTL).
Multimetr można włączyć w system cyfrowego zbierania danych pomiarowych oparty na komputerze klasy
PC, drukarce, ploterze, itp. poprzez wbudowane złącze szeregowe typu RS-232C.
Oznaczenia rezystorów
Zwykle na rezystorach do oznaczania oporu używa się odpowiedniego kodu barwnego, z których możemy odczytać odpowiednią wartość rezystancji. Jest on zdefiniowany następująco:
pasek (barwa) pierwszy to cyfra pierwsza
pasek (barwa) drugi to cyfa druga
pasek (barwa) trzeci określa liczbę zer
pasek (barwa) czwarty (lub jego brak) określa toleransję rezystancji
kolor |
Liczby znaczące |
Mnożnik |
tolerancja |
czarny |
0 |
1 |
- |
brązowy |
1 |
10 |
1 % |
czerwony |
2 |
100 |
2 % |
pomarańczowy |
3 |
1000 |
15 % |
żółty |
4 |
10000 |
- |
zielony |
5 |
100000 |
0,5 % |
niebieski |
6 |
1000000 |
1,25% |
fioletowy |
7 |
10000000 |
0,1 % |
szary |
8 |
100000000 |
- |
biały |
9 |
1000000000 |
- |
złoty |
- |
0,1 |
5 % |
srebrny |
- |
0,01 |
10 % |
brak |
- |
- |
20 % |
Przykładowy rezystor posiada opór o
wartości 250 k Ω i tolerancji równej 1%.
Kolory na rezystorach, z których odczytaliśmy oznaczenia oznaczają odpowiednio:
23.8 kΩ- czerwony(20 Ω) - żółty (4 Ω)- pomarańczowy (*1000)- złoty (+/- 5%)
1,6 kΩ - brązowy (10 Ω) - niebieski (+6 Ω) - czerwony (*100) - złoty (+/- 5%)
399Ω - żółty (4 Ω)- czarny (0 Ω) - czerwony (*100) - złoty (+/-5%)
172 kΩ- brązowy(10Ω)-fioletowy(7Ω)-żółty(-10000)- złoty (+/-5%)
169 kΩ - brązowy(10Ω)-fioletowy(7Ω)-żółty(-10000)- złoty (+/-5%)
Oznaczenia kondensatorów
Oznakowania kondensatorów odbywa się poprzez umieszczanie odpowiedniego kodu literowo-cyfrowego (wg tabelki). Na kondensatorach umieszcza się również informację o dopuszczalnym napięciu pracy. Jeśli na kondensatorze widnieje napis np. 10V to znaczy, że obwód, w który chcemy włączyć kondensator nie może przekraczać napięcia 10V.
Oznaczenie |
Nazwa |
Mnożnik |
p |
Piko |
|
n |
Nano |
|
µ |
Mikro |
|
m |
Mili |
|
Oprócz kodu literowo znakowego kondensatory posiadają symbole graficzne:
- Kondensator stały
- Kondensator elektrolityczny
- Kondensator dostrojczy
- Kondensator nastawczy
Oznaczenia kondensatorów, na których dokonywaliśmy pomiarów:
5,1 nF=5,1*10-9F
180 nF=1,8*10-7F
8,6 nF=8,6*10-9F
220 nF=2,2*10-7F
10 μF=10-5FII. WYNIKI POMIARÓW
Za pomocą dostępnych przyrządów dokonaliśmy pomiarów rezystancji 5 rezystorów i 1, pojemności 5 kondensatorów oraz pomiar charakterystyki prądowo-napięciowej pierwszego rezystora i termistora.
Wyniki pomiarów zostały zestawione w tabelach.
1. Pomiar wartości elementów elektronicznych
Element |
Wartość odczytana R[Ω] |
Wartość zmierzona R[Ω] |
różnica |
Rezystor1 |
1.6 k |
0.878 |
0.722 (45%) |
Rezystor2 |
23.8 k |
4.47 k |
19,33 k (81%) |
Rezystor3 |
399 |
51.34 |
347,66 (87%) |
Rezystor4 |
172 k |
40.4 k |
131,6 k (77%) |
Rezystor5 |
169 k |
40 k |
129 k (76%) |
kondensator1 |
5,1 n |
5,2 n |
0,1 n (2%) |
kondensator2 |
180 n |
179,6 n |
0,4 n (0,2%) |
kondensator3 |
8,6 n |
8,65 n |
50 μ (0,6%) |
kondensator4 |
220 n |
219 n |
1n (0,5%) |
kondensator5 |
10 μ |
9,1μ |
0,9 μ (9%) |
2. Pomiar charakterystyki prądowo napięciowej rezystorów
a) Wyznaczenie charakterystyki U=f(I) rezystora 1,6 kΩ i termistora 2,43 MΩ oraz obliczenie rezystancji statycznej i dynamicznej.
Pomiaru dokonywaliśmy w układzie opisanym poniższym schematem:
Rezystor 1 (1,6 kΩ)
I[mA]
U[V] |
0,31 |
0,8 |
1,5 |
2,3 |
2,8 |
4,01 |
5,0 |
6,0 |
7,1 |
7,9 |
8,8 |
9,0 |
9,9 |
11,0 |
I[mA] |
0,19 |
0,5 |
0,95 |
1,43 |
1,72 |
2,54 |
3,16 |
3,77 |
4,45 |
4,95 |
5,52 |
5,65 |
6,18 |
6,91 |
U[V]
1.1 dane dla rezystora zobrazowane na wykresie.
Termistor (2,43M)
I[mA]
.
U[V]
U[V] |
0,9 |
1,48 |
2,6 |
3,0 |
3,92 |
4,9 |
5,93 |
6,6 |
7,0 |
7,9 |
8,8 |
9,6 |
10 |
10,6 |
I[μA] |
1,15 |
1,8 |
3,19 |
3,91 |
5,07 |
6,48 |
8,13 |
10,5 |
11,45 |
13,76 |
17,0 |
21,6 |
28 |
41,2 |
2.1 dane dla termistora zobrazowane na wykresie Wyznaczenie rezystancji statycznej i dynamicznej w funkcji prądu dla rezystora i termistora.
Rezystancję statyczną wyznaczamy korzystając z prawa Ohma R=
i definiujemy ją jako stosunek napięcia na rezystorze no wydzielonego na nim prądu. Oporność dynamiczna informuje nas o wartości przyrostu prądu w elemencie przy określonej zmianie napięcia. Wyraża się ona wzorem: R=
.
rezystancja statyczna dla rezystora 1,6 kΩ
- przy ustalonym U = 10 V
R = R = = 1,639 kΩ
-dla wartości średniej napięcia i prądu:
R = kΩ
Rezystancja dynamiczna dla rezystora 1,6 kΩ (od 1V do 7V):
R = R = = 1,583
Rezystancja statyczna dla termistora 2,43 MΩ:
- Dla losowej wartości napięcia (10V):
R = = 0,36 MΩ
- dla wartości średniej:
R = = 1,67 MΩ
Rezystancja dynamiczna dla termistora:
R = MΩ
3. Pomiar parametrów przebiegu napięcia w czasie
napięcie sinusoidalne
Napięcie skuteczne (wskazywane przez woltomierz) UV=2,66 V
Amplituda napięcia Umax=3,7 V
Napięcia międzyszczytowe Up=7,40V
Okres zmian napięcia T=60 ms
Częstotliwość f=16,7 Hz
b, c) napięcie trójkątne
Przebiegi napięć przedstawiono w protokole pomiarowym
Zestawienie wyników:
|
Napięcie skuteczne UV |
Amplituda napięcia Umax |
Napięcie międzyszczytowe UP |
Okres zmian napięcia T |
Częstotliwość f |
Napięcie sinusoidalne |
2,66 V |
3,7 V |
7,40 V |
60 ms |
16,7 Hz |
Napięcie trójkątne I |
291 mV |
510 mV |
960 mV |
1,6 µs |
615 kHz |
Napięcie trójkątne II |
310 mV |
540 mV |
980 mV |
3,6 µs |
310 kHz |
III. WNIOSKI
1. Różnica między wartością odczytaną a zmierzoną na rezystorach od 1 do 5 jest stosunkowo duża i średnio wynosi ok 73,2% wartości odczytanej.
Może ona wynikać z błędnie ustawionego zakresu na urządzeniu pomiarowym.
W przypadku kondensatorów różnica ta jest niewielka i jest równa średnio 2,5%. W niektórych przypadkach jest ona na tyle mała, że może wynikać jedynie z błędu w pomiarach, a co za tym idzie może być pominięta.
Błędy pomiarowe w przypadku rezystorów spowodowane są m.in. opornością wewnętrznym przewodów, opornością urządzenia pomiarowego oraz uszkodzeniem styków.
W przypadku kondensatorów główny problem stanowi pojemność złączy w obwodzie.
Czynnikiem wpływającym na dokładność pomiarów jest także temperatura oraz możliwość przypadkowego dotknięcia nie izolowanej części układu.
2. Łatwo zauważyć, że wartość natężenia na rezystorze w stosunku do przyłożonego napięcia jest wprost proporcionalna. Zależność tą przedstawia wykres 1.1
W skali dziesiętnej wykres przedstawia linię prostą, co widać na załączonym wykresie 1.3 wygenerowanym przez program pspice.
Odchylenia od liniowego przebiegu charakterystyki prądowo napięciowej badanego rezystora (w badanym przedziale) należy traktować jako błędy pomiaru wynikające z przyczyn opisanych powyżej.
W przypadku termistora wartość natężenia wzrasta wykładniczo.
Termistory nie muszą posiadać wykresów liniowych rezystancji.
Podczas wzrostu napięcia temperatura opornika wzrasta powodując odchylenia charakterystyki prądowo napięciowej.
Jesteśmy w stanie określić procentowy błąd pomiaru znając oporność woltomierza bądź amperomierza (zależnie od przyjętej metody mierzenia)
Podanie zbyt dużego napięcia przez generator powoduje przegrzanie i uszkodzenie termistora.
3. Ryzyko błędów precyzji, czyli błędów wynikających ze złego odczytu wyświetlanych danych jest znacznie mniejsze w przypadku oscyloskopu cyfrowego niż analogowego
Wyniki są obarczone tylko niewielkimi błędami pomiarowymi.
Oscyloskop jest uniwersalnym przyrządem pomiarowym, stosowanym do obserwacji przebiegów elektrycznych i pomiaru ich parametrów, zatem można nim mierzyć także sygnały niesinusoidalne.
4. Zależności amplitudy od zmiany częstotliwości nie jest liniowa.
Zmiana amplitudy sygnału wytwarzanego przez generator jest zauważalna przy zmianie częstotliwości w zakresach granicznych dopuszczalnym przez oscyloskop.
Zmieniając częstotliwość sygnału wejściowego w zakresie pośrednim zmiana amplitudy sygnału jest praktycznie niezauważalna.
1
1.3 przebieg zmiany napięcia na rezystorze 1
Wyszukiwarka