Εργαστήριο Κυκλωμάτων και Μετρήσεων · 2018-09-04 ·...

Εισαγωγή στο Εργαστήριο (Ασφάλεια, Εργαστηριακός Εξοπλισμός,

Διαιρέτης Τάσης και Ρεύματος)

ΗΜΥ203

Εργαστήριο Κυκλωμάτων και Μετρήσεων

Πανεπιστήμιο ΚύπρουΤμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών

Διδάσκων: Δρ. Γιώργος Ζάγγουλος

Σεπτέμβριος 18 Εργαστήριο Κυκλωμάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 2

Ατζέντα

1. Συζήτηση συμβολαίου

2. Η ασφάλειά μας πάνω απ’ όλα

3. Εισαγωγή στον Εργαστηριακό Εξοπλισμό

4. Μονάδες Μέτρησης και Τάξη Μεγέθους

5. Ηλεκτρικά στοιχεία R, L και C

6. Εργαστήριο 1

7. Εργαστήριο 2

Σεπτέμβριος 18 Γ.Ζ. - 3

1. Συζήτηση συμβολαίουΏρες Διαλέξεων: Τετάρτη 09:30-11:00, ΧΩΔ02 – Β204

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

Παρασκευή 13:30-17:00, ΛΑ 132

Διδάσκων: Δρ. Γεώργιος Ζάγγουλος

Ώρες Γραφείου: Με ραντεβού (Τρίτη 14:00 – 15:30, Παρασκευή 12:00 – 13:30)

Email: [email protected],

Τηλέφωνο Εργαστηρίου: 22892219

Youtube tutorials: ece labs ucy

Βοηθοί Μαθήματος:

Έλενα Δημάρχου [email protected] (Διδακτορική Φοιτήτρια)

Ιωάννης Παπαγιάννης [email protected] (Διδακτορικός Φοιτητής)


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 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 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).


Αξιολόγηση


Κατασκευή (δικής σας επιλογής) 7%Παρουσίαση (ομαδική) 8%Εβδομαδιαία Διαγωνίσματα 24% *Γραπτή Εξέταση (Εργ. 1-6) ** 26% Τελική Εξέταση (Εργ. 1-9) ** 35%

* Βασισμένο στα 3 καλύτερα από τα 4 διαγωνίσματα** θεωρητική και πειραματική εξέταση

Εργασίες Βελτίωσης ΒαθμούΔημιουργία εκπαιδευτικού βίντεο (5-12 λεπτά) 10%


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

Χρονοδιάγραμμα


Εβδομάδα&Ημερομηνία

Διαλέξεις, Εργαστηριακές Ασκήσεις και Υποχρεώσεις ανά Εβδομάδα

105-08/09/18

Δ1: Παρουσίαση Συμβολαίου ΗΜΥ203και Εργαστηρίων [1-2] καιΔημιουργία Ομάδων

Ε1: [1] Εξοικείωση με τον Εργαστηριακό Εξοπλισμό

212-14/09/18

Δ2: Παρουσίαση Εργαστηριακής Άσκησης [3]Ε2: [2] Εισαγωγή στις Μετρήσεις Σημάτων και Επίδραση Οργάνου στις

Μετρήσεις

319-21/09/18

Δ3: Παρουσίαση Εργαστηριακής Άσκησης [4]Ε3: [3] Ορθότητα,Ακρίβεια και σωστός αριθμός δεκαδικών ψηφίων

426-28/09/18

Δ4: Παρουσίαση Εργαστηριακής Άσκησης [5-6]Ε4: [4] Παράλληλες Αντιστάσεις και Διαίρεση τάσης και ρεύματος

503-06/10/18

Δ5: Οδηγίες για την κατασκευή, τις παρουσιάσεις και τα βίντεο.Ε5: [5] Γραμμικότητα, Αναλογικότητα και Επαλληλία

610-12/10/18

Δ6: Παρουσίαση Εργαστηριακής Άσκησης [7]Ε6: [6] Θεώρημα Thevenin

717-19/10/18

Δ7: Επανάληψη (Εργ. 1-6)Ε7: Πρακτική Εξάσκηση

Χρονοδιάγραμμα


Εβδομάδα&Ημερομηνία

Διαλέξεις, Εργαστηριακές Ασκήσεις και Υποχρεώσεις ανά Εβδομάδα

824/10/18

Δ : Θεωρητική Εξέταση (Εργ. 1-6)Ε : Πειραματική Εξέταση στις 24/10/18 (σε ομάδες 13:30 – 20:30)

931/10-02/11/18

Δ8: Παρουσίαση Εργαστηριακής Άσκησης [8]Ε8: [7] Εκθετικά Κύματα και Σύνθετη Αντίσταση

1007-09/11/18

Δ9: Παρουσίαση Εργαστηριακής Άσκησης [9]Ε9: [8] Κυκλώματα RLC και Σταθερή Ημιτονοειδής Κατάσταση

1114-16/11/18

Δ10:Παρουσιάσεις Εργασιών

Ε10: [9]Διόρθωση Συντελεστή Ισχύος

1221-23/11/18


Ε11: [10]Κατασκευή

1328-30/11/18


Ε12: [10]Κατασκευή

07-21/12/18 Τελική Εξέταση

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 19/10/2018. Η εργασία μπορεί να είναι ατομική ή ομαδική και πρέπει να ολοκληρωθεί και να παραδοθεί μέχρι τις 02/12/2018. ΔΕΝ θα δοθεί καμία παράταση!

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

Σεπτέμβριος 18 Γ.Ζ. - 9Εργαστήριο Κυκλωμάτων και Μετρήσεων

Διαχείριση Χρόνου

Κατά τη φοιτητική σας ζωή υπάρχει χρόνος για όλα…

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


Ύπνος

ΜελέτηΔιασκέδαση


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.

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

υπογραφεί η δήλωση κατανόησης των κανόνων δεοντολογίας

και να παραδοθεί στον διδάσκοντα.


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’ όλα


Main Circuit Breaker, Residual Current Device και RCBO

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

• Πολύπριζα

• Προστασία από κεραυνό

• Μπαλαντέζες


Η ασφάλειά μας πάνω απ’ όλα

• Χαλαρές επαφές

• Φθαρμένα καλώδια

• Εξοπλισμός Ηλεκτρολόγου

• Φορτιστές μπαταριών

• Προστασία από λάθη άλλων ανθρώπων


Ποτέ !!!

Όταν κάτι πάει λάθος…


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 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 μέχρι 30V και μια ρυθμιζόμενη ή σταθερή έξοδο για τάση κοντά στα 5V. Οι δύο μεταβλητές έξοδοι παρέχουν προστασία στον χρήστη αλλά και στο κύκλωμα μέσω κυκλώματος 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

Καλώδιο BNC -κροκοδειλάκι

Καλώδια μπανάνα

BNC Απλή Σύνδεση και τύπου Τ

Συνδέσεις και μετατροπείς BNC – banana

Probe Παλμογράφου


3. Μονάδες Μέτρησης και Τάξη Μεγέθους

Τάση: V (V)

Ρεύμα: I (A)

Αντίσταση: R (Ω)

Χωρητικότητα: C (F)

Επαγωγικότητα: L (H)

1. Πώς μετράμε τα πιο πάνω χαρακτηριστικά;

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

Tera (Τ) = 1012

Giga (G) = 109

Mega (M) = 106

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]

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

= 1 0 0000 +/- 5%

= 100κΩ +/- 5%


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 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 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


Διαιρέτης Τάσης

VR1 = (R1/R1+R2) x Vs

VRi = (Ri/Rtotal) x Vs

5V R2

R1

+

VR2

-

+ VR1 -

RTOTAL

upper terminal

center or "wiper" terminal

lower terminal

R2

R1

1

2

3


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

Αμπερόμετρο

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

IR2 = (R3/R2+R3) x IR1

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)).

Διάβασμα 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


Εργαστήριο Κυκλωμάτων και Μετρήσεων · 2018-09-04 ·...

Documents

Transcript of Εργαστήριο Κυκλωμάτων και Μετρήσεων · 2018-09-04 ·...