POLITECHNIKA RZESZOWSKA ii2012

Katedra Podstaw Elektroniki

PRZYRZĄDY POMIAROWE I PODSTAWY MIERNICTWA W

LABORATORIUM ELEKTRONICZNYM

Celem ćwiczenia jest:

• praktyczne poznanie podstawowych przyrządów pomiarowych dostępnych w

laboratorium elektroniczny oraz wykonanie wybranych pomiarów elektronicznych

• pomiar i poznanie właściwości podstawowych elektronicznych elementów biernych

(rezystorów, kondensatorów, elementów nieliniowych).

A) Zagadnienia ogólne do samodzielnego zapoznania się przed zajęciami

• Wstępne zapoznanie się z instrukcjami obsługi przyrządów wykorzystywanych w

laboratorium elektronicznym.

• Przygotowanie schematów pomiarowych.

• Ustalenie zasad stosowania układów: poprawnie mierzonego prądu i poprawnie mierzonego

napięcia.

• Definicje podstawowych wielkości elektrycznych i ich jednostki (uwzględniając również

stosowane przedrostki – mnożniki): napięcia, prądu, rezystancji, pojemności, indukcyjności,

energii elektrycznej, mocy elektrycznej (w układzie SI).

• Moc admisyjna (maksymalna) elementów elektronicznych (np. rezystora i termistora) i jej

wykorzystanie podczas pomiaru charakterystyk statycznych.

• Podstawowe linowe i nieliniowe elementy elektroniczne oraz ich najważniejsze właściwości i

zastosowania.

• Skala liniowa i logarytmiczna na wykresach charakterystyk wielkości fizycznych.

• Przed zajęciami przygotować wstępną wersje protokołu zawierającą np. kolejne etapy

pomiarów, tabele pomiarowe itp.

B) Pomiary

UWAGA: PODCZAS

POMIARÓW

NALEŻY

BEZWZGLĘDNIE

PRZESTRZEGAĆ

BEZPIECZNYCH WARUNKÓW POMIARÓW, UWZGLĘDNIAJĄC PARAMETRY

DOPUSZCZALNE

POSZCZEGÓLNYCH

MIERNIKÓW

ORAZ

MIERZONYCH

ELEMENTÓW!

1. Na podstawie wyglądu paneli czołowych określić możliwości pomiarowe i regulacyjne

wybranych urządzeń. Zwrócić uwagę na: opis słowny, znaki graficzne, symbole, kolorystykę;

zastosowane do wyrażenia istotnych informacji o możliwościach pomiarowych i regulacyjnych

danego urządzenia. Ustalić sposób połączenia miernika z układem pomiarowym – rodzaj

stosowanych przewodów pomiarowych.

2. Ustalić jakie i w jakich zakresach są mierzone wielkości fizyczne przez wykorzystywany w

laboratorium multimetr.

3. Jakie wartości są wskazywane przez multimetr przy braku podłączenia wielkości mierzonej do

zacisków wejściowych przy wyborze określonej funkcji? Odpowiedź uzasadnić w opracowaniu

wyników (pkt. 2C).

4. Wykorzystując dostępne w laboratorium przyrządy pomiarowe dokonać pomiaru:

a) rezystancji 5-u rezystorów;

b) pojemności 5-u kondensatorów;

c) charakterystyki prądowo-napięciowej I=f(U) wybranego rezystora w co najmniej dziesięciu

punktach pomiarowych w bezpiecznym dla niego obszarze pracy,

d) charakterystyki prądowo-napięciowej I=f(U) termistora lub warystora w co najmniej

dziesięciu punktach pomiarowych w bezpiecznym dla niego obszarze pracy.

5. Odczytać oraz zanotować oznaczenia i kody umieszczone na mierzonych rezystorach i

kondensatorach.

POLITECHNIKA RZESZOWSKA ii2012

Katedra Podstaw Elektroniki

6. Stosując generator, multimetr, oscyloskop dwukanałowy i częstotliwościomierz dokonać

porównawczych pomiarów:

• częstotliwości,

• napięcia międzyszczytowego,

• napięcia skutecznego,

• amplitudy,

dla kilku sygnałów o różnym kształcie (sinusoida, prostokąt, trójkąt), częstotliwości i

amplitudzie. Dokonać przemyślanego wyboru rodzajów i parametrów sygnałów uwzględniając

właściwości regulacyjne, pomiarowe i możliwości obserwacji (np. ustalić dolną częstotliwość

graniczną obserwowanego sygnału na oscyloskopie).

C) Opracowanie i analiza wyników

1. Zapoznać się z dokumentacją techniczną, instrukcją obsługi lub innymi materiałami

opisującymi dane urządzenie. Ustalić parametry techniczne, a szczególnie wartości minimalne,

maksymalne, czułość na poszczególnych zakresach i wartości dopuszczalne (krytyczne). Na tej

podstawie uzupełnić i porównać informacje o przyrządach uzyskane w pkt. B1.

2. Jakie posiadają i jak działają zabezpieczenia w wykorzystywanych przyrządach?

3. Ustalić jakie są minimalne i maksymalne wartości mierzone przez oscyloskop na

poszczególnych zakresach?

4. Ustalić funkcje regulacyjne poszczególnych przełączników i podstawowe zasady obsługi

oscyloskopu analogowego i cyfrowego.

5. Jakie są rodzaje sygnałów uzyskiwane z generatora. Jakie są minimalne i maksymalne wartości

częstotliwości i amplitudy? Co to jest i jak dokonuje się regulacji składowej stałej sygnałów w

generatorze.

6. Jakie są uwarunkowania (ograniczenia i błędy) pomiaru rezystancji metodą techniczną w

układzie:

• poprawnie mierzonego prądu,

• poprawnie mierzonego napięcia.

7. Na czym polega, jak jest realizowana i jakie osiągamy korzyści stosując czteropunktową

metodę pomiaru rezystancji (multimetr Agilent 34401A).

8. Jakie są tolerancje i typoszeregi „E” produkowanych rezystorów i kondensatorów?

9. Jakie są podstawowe rodzaje produkowanych i stosowanych rezystorów w układach

elektronicznych.

10. Jakie są podstawowe rodzaje kondensatorów. Jakie zawierają materiały izolacyjne? Jakie są ich

podstawowe właściwości, parametry i ograniczenia w zastosowaniach? Porównania dokonać

w postaci tabeli.

11. Wyjaśnić dlaczego kondensatory elektrolityczne i tantalowe wymagają zapewnienia

odpowiedniej polaryzacji.

12. Jaka jest zasada pomiaru napięcia stałego i zmiennego w stosowanym multimetrze?

13. Narysować zmierzone w pkt. B4c i B4d charakterystyki I=f(U). Wyznaczyć rezystancję

statyczną i dynamiczną mierzonych elementów w funkcji prądu.

14. Wyznaczyć i narysować zależność mocy wydzielającej się w elemencie, od napięcia dla

mierzonego rezystora i termistora. Czy badane elementy można uznać za liniowe, ewentualnie

w jakim zakresie?

15. Jakie są zasady oznaczania, w tym kody barwne, do określania wartości rezystorów i

kondensatorów. Uwzględnić i porównać wyniki uzyskane w pkt. B4 i B5.

16. Na podstawie wyników pomiarowych ustalić (udowodnić) rodzaj badanego termistora (NTC,

TPC?).

17. Przedstawić technologię rezystorów i kondensatorów SMD i zasady oznaczania ich wartości.

18. Jakim przyrządem można poprawnie mierzyć parametry czasowe sygnałów niesinusoidalnych?

19. Jak za pomocą oscyloskopu można mierzyć częstotliwość sygnałów sinusoidalnych i

niesinusoidalnych? Opisać metodę.

POLITECHNIKA RZESZOWSKA ii2012

Katedra Podstaw Elektroniki

20. Wskazać i uwzględnić w sprawozdaniu ewentualne pomyłki i błędy pomiarowe, umieszczając

stosowne uwagi!

21. W sprawozdaniu umieścić własne wnioski i spostrzeżenia.

22. Niezrealizowane lub błędnie wykonane punkty pomiarowe podczas planowych zajęć

laboratoryjnych należy powtórzyć w dodatkowym, uzgodnionym terminie.

Podstawowe przyrządy pomiarowe i ich ogólna charakterystyka

Do podstawowych przyrządów pomiarowych, niezbędnych w laboratorium elektronicznym należą:

• zasilacze stabilizowane,

• multimetry cyfrowe,

• generatory funkcyjne,

• oscyloskopy.

1) Zasilacze stabilizowane

Każdy element i układ elektroniczny wymaga odpowiedniego zasilania energią elektryczną.

Najczęściej potrzebne jest napięcie stałe o określonej wartości i właściwej dla danego elementu

polaryzacji. Urządzeniem, które takie zasilanie umożliwia jest zasilacz stabilizowany napięcia,

najczęściej regulowany. Przez stabilizację należy rozumieć utrzymywanie stałej wartości napięcia,

przy zmieniającej się wartości prądu pobieranego z zasilacza, temperatury otoczenia itp. Regulacja

umożliwia zaś ustalenie określonej wartości napięcia z danego zakresu, które jest następnie

stabilizowane. Dodatkowo w wielu zasilaczach jest możliwość ustawienia określonego ograniczenia

prądowego. Zabezpiecza to często elementy lub urządzenia przed uszkodzeniem. W niektórych

typach urządzeń, zasilacz może wtedy pracować jako źródło prądowe.

2) Multimetry cyfrowe

Multimetry są to przyrządy, które poprzez odpowiedni wybór funkcji pomiarowej umożliwiają

pomiar wielu wielkości elektrycznych. Obecnie większość multimetrów produkowanych jest jako

mierniki cyfrowe. Umożliwia to bezpośredni odczyt danej wartości na wyświetlaczu. Jeśli jednostki

nie są automatycznie wyświetlane to należy je ustalić na podstawie położeń właściwych

przełączników. Należy ustalić maksymalną wartość na danym zakresie pomiarowym i zwrócić

szczególną uwagę, aby tej wartości podczas pomiarów nie przekroczyć!

3) Generatory funkcyjne

Podczas pomiarów elektronicznych często zachodzi konieczność stosowania różnych sygnałów

(przebiegów), zarówno okresowych jak i nieokresowych. Takie sygnały można uzyskać z

generatorów. Możliwości regulacyjne umożliwiają wybór zarówno rodzaju sygnału jak i jego

parametrów np. częstotliwości , amplitudy, składowej stałej.

4) Oscyloskopy

Są to jedne z najbardziej uniwersalnych przyrządów pomiarowych. Pozwalają na wizualizację

jednego lub wielu sygnałów. W przypadku sygnałów okresowych dzięki specyficznej

synchronizacji, wykorzystującej wewnętrzny generator podstawy czasu następuje pozorne

zatrzymanie sygnału na ekranie lampy oscyloskopowej (oscyloskopy analogowe). Dzięki

skalibrowanemu wzmocnieniu możliwe jest określenie zarówno parametrów czasowych jak i

napięciowych mierzonych sygnałów. Oscyloskopy cyfrowe to najnowsza generacja oscyloskopów.

Zastosowanie techniki cyfrowej umożliwia obserwację, rejestrację, zaawansowaną obróbkę

matematyczną zarówno sygnałów periodycznych jak i aperiodycznych na podstawie próbek

pobieranych z pierwotnego sygnału. Wbudowanie odpowiednich interfejsów umożliwia

bezpośrednią współpracę z systemami komputerowymi.