Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων · ΗΜΥ102 του 2ου...

Εισαγωγή στο Εργαστήριο

ΗΜΥΗΜΥ203203

Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων

Εισαγωγή στο Εργαστήριο (Εργαστηριακός Εξοπλισμός, Διαιρέτης

Τάσης και Ρεύματος)

Πανεπιστήµιο ΚύπρουΤµήµα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών

∆ιδάσκων: ∆ρ. Γιώργος Ζάγγουλος

Ατζέντα

1. Η ασφάλειά μας πάνω απ’ όλα

2. Συζήτηση συμβολαίου

3. Εισαγωγή στον Εργαστηριακό Εξοπλισμό

4. Μονάδες Μέτρησης και Τάξη Μεγέθους

Σεπτέµβριος 15 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 2


5. Ηλεκτρικά στοιχεία R, L και C

6. Εργαστήριο 1

7. Εργαστήριο 2

Η ασφάλειά μας πάνω απ’ όλα

Η ασφάλεια βρίσκεται σε ένα κύκλωµα για να διακόπτει τη ροή ηλεκτρονίων όταν ο αριθµός τους ξεπεράσει µια επιθυµητή τιµή! Στην ουσία, το εσωτερικό µέρος της ασφάλειας θα υπερθερµανθεί µε αποτέλεσµα να καταστραφεί (λιώσει) ανοίγοντας έτσι το κύκλωµα.


Η τιµή της ασφάλειας πρέπει να είναι όσο το δυνατό πιο κοντά στην τιµή του ρεύµατος που χρειάζεται για να λειτουργήσει το κύκλωµα/συσκευή. Ι = P/V

Η ασφάλειά μας πάνω απ’ όλαMain Circuit Breaker, Residual Current Device και RCBO


Η ασφάλειά μας πάνω απ’ όλα• Γείωση Ηλεκτρικής Εγκατάστασης και συσκευών

• Πολύπριζα

• Προστασία από κεραυνό• Προστασία από κεραυνό

• Μπαλαντέζες


Η ασφάλειά μας πάνω απ’ όλα

• Χαλαρές επαφές

• Φθαρμένα καλώδια

• Εξοπλισμός Ηλεκτρολόγου

• Φορτιστές μπαταριών

• Προστασία από λάθη άλλων • Προστασία από λάθη άλλων ανθρώπων


Ποτέ !!!

Όταν κάτι πάει λάθος…


1. Συζήτηση συμβολαίουΏρες Διαλέξεων: Τετάρτη 09:00-10:30, ΧΩΔ01 - 108

Ώρες Εργαστηρίων: Τετάρτη ή Παρασκευή 13:30-17:00, ή

Πέμπτη 16:30-20:00, ΛΑ 132

Διδάσκων: Δρ. Γεώργιος Ζάγγουλος

Ώρες Γραφείου: Με ραντεβού (καθημερινά)

Email: [email protected],

Σεπτέµβριος 15 Γ.Ζ. - 8

Email: [email protected],

Τηλέφωνο Εργαστηρίου: 22892219

Youtube tutorials: ece labs ucy

Βοηθοί Μαθήματος:

Ανδρέας Δαμιανού @ucy.ac.cy (Διδακτορικός Φοιτητής)

Λάζαρος Ζαχαρία @ucy.ac.cy (Διδακτορικός Φοιτητής)

Έλενα Πολυκάρπου @ucy.ac.cy (Διδακτορική Φοιτήτρια)


Στόχοι ΗΜΥ203Το 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


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 PSPICE το οποίο υποστηρίζει τον σχεδιασμό και προσομοίωση κυκλωμάτων σε ηλεκτρονικό υπολογιστή.


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 πολύμετρο και 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, γίνεται εφαρμογή των βασικών θεωρημάτων για ηλεκτρικά


τιμών. Τέλος, γίνεται εφαρμογή των βασικών θεωρημάτων για ηλεκτρικά κυκλώματα (που διδαχθήκατε στο ΗΜΥ102).

Η εξοικείωση σας με το λογισμικό PSPICE αποτελεί 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).


Χρονοδιάγραμμα

Εβδοµάδα &Ηµεροµηνία

∆ιαλέξεις, Εργαστηριακές Ασκήσεις και Υποχρεώσεις ανά Εβδοµάδα

109-11/09/15

∆1: Παρουσίαση Συµβολαίου ΗΜΥ203 και Εργαστηρίων [1-2] και

∆ηµιουργία Οµάδων

Ε1: Εξοικείωση µε τον Εργαστηριακό Εξοπλισµό

216-18/09/15

∆2: Παρουσίαση Εργαστηριακής Άσκησης [3]Ε2: Εισαγωγή στις Μετρήσεις Σηµάτων και Επίδραση Οργάνου στις

Μετρήσεις

3 ∆3: Παρουσίαση Εργαστηριακής Άσκησης [4]


323-25/09/15

∆3: Παρουσίαση Εργαστηριακής Άσκησης [4]Ε3: Ορθότητα, Ακρίβεια και σωστός αριθµός δεκαδικών ψηφίων

430/09-2/10/15

∆4: Παρουσίαση Εργαστηριακής Άσκησης [5-6]Ε4: Παράλληλες Αντιστάσεις και ∆ιαίρεση τάσης και ρεύµατος

(Αναπλήρωση για εργαστήριο Πέµπτης 1ης Οκτωβρίου)5

07-09/10/15∆5: Παρουσίαση Εργαστηριακής Άσκησης [7]Ε5: Γραµµικότητα, Αναλογικότητα και Επαλληλία

614-16/10/15

∆6: Παρουσίαση Εργαστηρίων [8]Ε6: Θεώρηµα Thevenin

721-23/10/15

∆7: Παρουσίαση Εργαστηρίου [9]Ε7: Εκθετικά Κύµατα και Σύνθετη Αντίσταση

Χρονοδιάγραμμα

Εβδοµάδα &Ηµεροµηνία

∆ιαλέξεις, Εργαστηριακές Ασκήσεις και Υποχρεώσεις ανά Εβδοµάδα

828-30/10/15

∆ : ∆ηµόσια Αργία

Ε : Πρακτική Εξάσκηση –Επίλυση Αποριών9

04-06/11/15∆8: Θεωρητική Εξέταση (Εργ. 1-6)Ε8: Κυκλώµατα RLC και Σταθερή Ηµιτονοειδής Κατάσταση

1011-13/11/15

∆9: Οδηγίες για την κατασκευή

Ε9: ∆ιόρθωση Συντελεστή Ισχύος

11 ∆10: - Παρουσιάσεις Εργασιών


1118-20/11/15

∆10: - Παρουσιάσεις Εργασιών

Ε10: Κατασκευή

1225-27/11/15


Ε11: Κατασκευή

1302-04/12/15


Ε12: Πρακτική Εξάσκηση

05-23/12/15 Τελική Εξέταση (08/12/2015)

Αξιολόγηση

Ενδιάµεση Εξέταση (Εργ. 1-6) 35%Τελική Εξέταση (Εργ. 1-9) 45%Παρουσίαση 10%Κατασκευή 10%


Κατασκευή 10%

Εργασίες Βελτίωσης Βαθµού*Δηµιουργία εκπαιδευτικού βίντεο (5-12 λεπτά) 10%


* Απαιτείται τουλάχιστο 40% στις εξετάσεις για να προστεθεί ο βαθµός από το βίντεο

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 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 23/10/2015. Η εργασία μπορεί να είναι ατομική ή ομαδική και πρέπει να ολοκληρωθεί και να παραδοθεί μέχρι τις 08/12/2015. ΔΕΝ θα δοθεί καμία παράταση!

• Ο διδάσκων διατηρεί το δικαίωμα οριακής αύξησης της βαθμολογίας με βάση την ενεργό συμμετοχή στο μάθημα.

Σεπτέµβριος 15 Γ.Ζ. - 14Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων

Διαχείριση Χρόνου

Κατά τη φοιτητική σας ζωή υπάρχει χρόνος για όλα…Ύπνος

….. αρκεί να τον κατανέμετε σωστά, ανάλογα βέβαια με τους στόχους και τις υποχρεώσεις σας.


ΜελέτηΔιασκέδαση


Κανόνες ΔεοντολογίαςΌλοι 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 Για να επιτραπεί η είσοδος στο εργαστήριο πρέπει να

υπογραφεί η δήλωση κατανόησης των κανόνων δεοντολογίας

και να παραδοθεί στον διδάσκοντα.


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.

2. Εισαγωγή στο ΕργαστήριοΣτόχος του 1ου 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 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 1ου 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.


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


Παλμογράφος

Ο παλμογράφος είναι η συσκευή που μας επιτρέπει να βλέπουμε γραφικά τα σήματα εισόδου αλλά και κάποιες μαθηματικές πράξεις μεταξύ τους.

https://www.youtube.com/watch?v=hhGezhP8_wc

https://www.youtube.com/watch?v=3ZtOiTgNJbw


Ρυθμίσεις Παλμογράφου


Οθόνη Παλμογράφου


Πηγή Συνεχούς Τάσης (Τροφοδοτικό)

Παρέχει 2 μεταβλητές εξόδους για τάσεις από -15V μέχρι +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


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


Πλακέτα Κατασκευής Κυκλωμάτων


https://www.youtube.com/watch?v=nK8gkPaUeN4https://www.youtube.com/watch?v=eoMAiY2Tn6A

Είδη Καλωδίων

Καλώδια BNC Καλώδια µπανάνα Συνδέσεις και µετατροπείς BNC – banana

Καλώδιο BNC - κροκοδειλάκι BNC Απλή Σύνδεση και τύπου ΤProbe Παλµογράφου



Τάση: V (V)

Ρεύμα: I (A)

Αντίσταση: R (Ω)

Χωρητικότητα: C (F)

Tera (Τ) = 1012

Giga (G) = 109

Mega (M) = 106

Χωρητικότητα: C (F)

Επαγωγικότητα: L (H)

1. Πώς µετράµε τα πιο πάνω χαρακτηριστικά;

2. Ποια η διαφορά µεταξύ: Vp, Vp-p και Vrms;

kilo (k) = 103

milli (m) = 10 -3

micro (µ) ή (u) = 10-6

nano (n) = 10-9

pico (p) = 10-12


4. Ηλεκτρικά στοιχεία R, L και CΧρωματικός 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)

1ο και 2ο Ψηφίο είναι αριθμοί ενώ το 3ο 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


5. Περιεχόμενο 1ου Εργαστηρίου

Αναγνώριση εργαστηριακού εξοπλισμού και ρύθμιση τροφοδοτικού, γεννήτριας σημάτων, πολυμέτρου και παλμογράφου για μετρήσεις τάσης και ρεύματος.

Υλοποίηση και επαλήθευση ενός κυκλώματος Διαιρέτη Υλοποίηση και επαλήθευση ενός κυκλώματος Διαιρέτη Τάσης (DC και AC).


6. Περιεχόμενο 2ου Εργαστηρίου

Κατασκευή κυκλωμάτων στην εκπαιδευτική πλακέτακαι σύνδεση εξωτερικών συσκευών/οργάνων

Μελέτη και επαλήθευση του διαιρέτη τάσης

Μελέτη και επαλήθευση του διαιρέτη ρεύματοςΜελέτη 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


Τοποθετήσεις Αντιστάσεων στη Πλακέτα

ΣειράςΠαράλληλα

Βραχυκύκλωµα

Σειράς


Διαιρέτης Τάσης

5V R2

R1

+

VR2

-

+ VR1 -

RTOTAL

upper terminal

center or "wiper" terminal

R2

R1

2

3

VR1 = (R1/R1+R2) x Vs

VRi = (Ri/Rtotal) x Vs

lower terminal1


Με τη σύνδεση του βολτοµέτρου σε 2 σηµεία του κυκλώµατος, η συνολική αντίσταση µεταξύ αυτών των 2 σηµείων θα µειωθεί!

Διαιρέτης Ρεύματος

IR3R310V R2 IR2

IR1

R1

IR2 = (R3/R2+R3) x IR1

I = (R /R +R ) x IR


Αµπερόµετρο

Με τη σύνδεση του αµπεροµέτρου σε κάποιο κλάδο του κυκλώµατος, η αντίσταση του κλάδου αλλά και η συνολική αντίσταση θα αυξηθεί!

IR3 = (R2/R2+R3) x IR1

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))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


Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων · ΗΜΥ102 του 2ου...

Documents

Transcript of Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων · ΗΜΥ102 του 2ου...