Зертханалық жұмыстың мазмұны

Зертханалық жұмыс № 1

Кернеулер бөлгішінің және Уитстон көпірінің жұмыс істеу принциптерін зерттеу.

Жұмыс масаты

1. Кернеулер бөлгішінің және Уитстон көпірінің жұмыс істеу принциптерін зерттеу.

2. Электроөлшеуіш құрылғылардың жұмыс істеу принциптерін және негізгі электрлік шамалардың өлшеу әдістерін зерттеу.

Теорияға қысқаша шолу

Кернеу бөлгіштері (немесе - аттенюатор) кернеуді бірнеше есе кеміту үшін қолданылады. Олар түрлендіру коэффициенті бірден кіші кернеу түрлендірушілер болып табылады (сурет 1.1):

К_Д = U_вых/U_вх=R2/(R1+R2) (1.1)

Сурет 1.1 Кернеу бөлгіші

Егер айнымалы кернеу төмендесе, R2 резисторына параллель С_п сыйымдылығы пайда болады, бұл байланыс сымдардың және R2-ден алынған кернеу түсетін электрлік құрылғының сыйымдылықтары. Шығыс кернеуіне төмендетілетін кернеудің жиілігі әсер етеді. U_вых жиілікке тәуелсіз болу үшін, R1C1= =R2C_п формуласына сай R1 резисторға параллель С1 конденсаторын қосу керек. Пайда болған кернеу бөлгішті жиілік-компенсацияланған кернеу бөлгіші деп атайды.

Егер бөлгіш тек айнымалы кернеулер үшін қолданса, сыйымдылықты кернеу бөлгішін қолдануға болады (сурет 1.1). Егер кернеу бөлгішімен төмендетілген U_вых кернеу берілетін құрылғының кіріс кедергісі R_вх реактивті кедергі С2-ге қатысты шексіздікке ұмтылады деп санасақ, онда әр полупериодта С1 және С2 арқылы бірдей зарядтар өтеді деп айтуға болады. Осыдан:

U_выхС2=(U_вх-U_вых)С1,

одан туындайды:

К_Д = U_вых/U_вх=С1/(С1+С2) (1.2)

Көпірдің иықтарында жалпы жағдайда Z1-Z4 комплекстік кедергілері бар (сурет 1.3). Шығыс диагональда Z0 жүктемесі бар.

Көпір теңдігі I₀=0 кезде болады, яғни

Z1×Z4 = Z2×Z3 (1.3)

Иықтардың толық кедергілердің өрнектерінің жалпы түрі:

Z1=R1+j×X1; Z2=R2+j×X2; Z3=R3+j×X3; Z4=R4+j×X4. (1.4)

(1.4) өрнегін (1.3) өрнегіне қойсақ:

(1.5)

Сурет 1.3 Көпір схемасы

Тұрақты тоқ көпірінің схемасы қарастырылған схемадан айырмашылығы жоқ. Көпір иықтарында R1-R4 активті кедергілері бар, ал шығыс диагоналі - гальванометр. Тұрақты тоқ көпірінің осындай схемасы Уитстон көпірі деп аталады. Осы тұрақты тоқ көпірі мысалында жоғарыда көрсетілмеген теңдік өрнегінің қорытып шығаруын қарастырайық. Егер көпір теңестірілген болса, яғни I₀=0 онда,

I₁=I₂, I₃=I₄ және R1×I₁=R3×I₃ , R2×I₂=R4×I_4. (1.6)

Бір теңдікті екінші теңдікке бөлеміз:

R1/R2=R3/R4 немесе R1×R4=R2×R3. (1.7)

Егер R1 деп кедергісі белгісіз объектіні санасақ, онда

R_х=R2×R3/R4. (1.8)

Бұл өрнекті тұрақты тоқ біреселі көпірдің теңдігінің өрнегі деп атайды. Мұндағы R4 және R2 –қатынас иықтары, ал R3 саыстыру иықтары болып табылады.

Зертханалық жұмыстың мазмұны

1. Electronics Workbench көмегімен кернеулердің бөлгішінің 1.3 суретінде көрсетілген схемасын жинау. R4 резисторын және С4 конденсатордың мәндерін кернеулердің бөлгіштері үшін есептеу. Әртүрлі нұскалар үшін бастапқы мәндер 1.1 және 1.2 кестелерінде көрсетілген. Табылған есептелген мәндерді тәжірибе жүзінде тексеру.

2. Уитстон көпірінің 1.4 суретінде көрсетілген схемасын жинау. R4 кедергісін теңестірілген көпір үшін анықтау. Исходные данные для различных вариантов предоставлены в табл. 1.3. Әртүрлі нұскалар үшін бастапқы мәндер 1.3 кестелесінде көрсетілген. Табылған есептелген мәндерді тәжірибе жүзінде тексеру.

Сурет 1.3 – кернеулердің бөлгішінің схемалары.

Кесте 1.1

Нұсқа	Uк, В	Uш, В	R1, кОМ	Нұсқа	Uк, В	Uш, В	R1, кОМ	Нұсқа	Uк, В	Uш, В	R1, кОМ

Ескерту: барлық нұсқалар үшін R2=2 кОм, R3=4 кОм.

Кесте 1.2

Нұсқа	Uк, В	Uш, В	C1, мкФ	Нұсқа	Uк, В	Uш, В	C1, мкФ	Нұсқа	Uк, В	Uш, В	C1, мкФ

Ескерту: барлық нұсқалар үшін С2=2 мкФ, С3=4 мкФ.

Сурет 1.4 – Уитстон көпірінің схемасы

Кесте 1.3