ĆWICZENIE NR1

LABORATORIUM PODSTAW

ELEKTRONIKI

Rok akademicki

2009/2010 TEMAT: Sprawdzenie prawa Ohma. Pomiar mocy czynnej biernej i

pozornej

Kierunek studiów:

Semestr:

Grupa:

Wykonawcy:

Data wykonania: Podpis:

Spis aparatury pomiarowej

Woltomierz

Typ …………………………… nr …………………………… klasa ………

Amperomierz

Typ …………………………… nr …………………………… klasa ………

Dekada indukcyjności:

Typ …………………………… nr …………………………… klasa ………

Zasilacz napięcia stałego:

Typ …………………………… nr …………………………… klasa ………

Zasilacz napięcia zmiennego:

Typ …………………………… nr …………………………… klasa ………

PRAWO OHMA DLA PRĄDU STAŁEGO

Prowadzący ćwiczenie podaje wartości L =... , I1 =… , I2 = Czynności do wykonania

1. Ustawić na dekadzie indukcyjnej wartość L wskazaną przez prowadzącego.

2. Zmierzyć wartość rezystancji dekady indukcyjnej RR za pomocą miernika oporności.

3. W układzie (rys.1) zmieniają wartość napięcia stałego UZ ustawić wartość prądu I1

(potem I2) wskazaną przez prowadzącego ćwiczenia i zmierzyć spadek napięcia na

dekadzie UR1 (UR2). Wyniki wpisz do Tabeli 1.

4. Oblicz na podstawie wskazań amperomierza i woltomierza rezystancję dekady

indukcyjnej RR1 (RR2).

5. Obliczyć moce rozpraszane w dekadzie PR1 (PR2)

Tabela 1.

L I1 UR1 RR1 PR1 I2 UR2 RR2 PR2 RR H mA V mW mA V mW

………..

……….

…………..

Rys 1. Pomiar spadku napięcia na dekadzie indukcyjnej dla prądu stałego

PRAWO OHMA DLA PRĄDU ZMIENNEGO (f=50Hz)

6. Do układu jak na rys 2 podłączyć zasilanie prądu zmiennego 50Hz

Tabela 2.

L I1 URL1 ZRL1 XL1 P Q S cos sin RR H mA V mW mVAr mVA °

……

……….

Tabela 3.

L I2 URL2 ZRL2 XL2 P Q S cos sin RR H mA V mW mVAr mVA °

……

……

……….

Rys 2. Pomiar spadku napięcia na dekadzie indukcyjnej dla prądu zmiennego

7. Zmieniając wartość napięcia UZ tak aby uzyskać wartość prądu płynącego

w obwodzie jakie wskazał prowadzący I1=………, (I2= ), zmierzyć

spadek napięcia na dekadzie indukcyjnej URL1=………, (URL2 = …)

Obliczenia

1. Oblicz na podstawie wskazań amperomierza i woltomierza impedancję dekady

indukcyjnej ZRL1 (ZRL2).

ZRL1 = RR + jXL =

Wartość reaktancji XL obliczyć ze wzorów(porównaj i zinterpretuj wyniki)

1. XL = L = 2πf·L

2.

2.Przedstawić na wykresie wskazowym napięcia UR, URL, UL oraz prąd I

3.Obliczyć i zinterpretować spadek napięcia na oporności biernej UL

4.Oblicz wartość współczynnika cos.

Obliczenia wykonaj dwoma sposobami

a) na podstawie zmierzonych napięć cos =

b) na podstawie zmierzonej rezystancji i ustawionej indukcyjności cos

5.Oblicz:

moc czynną P = U I cos

moc bierną Q = U I sin

i moc pozorną S = U I Podaj interpretacje i jednostki podanych mocy

6.Podaj jakie zjawiska mogą wystąpić w układzie, jeżeli w obwodzie znajdą się elementy

RLC połączone w różnych konfiguracjach (obwody rezonansowe).

7. Podaj co to jest impedancja Y, konduktancja G i susceptancja B. Y = G + jB

ĆWICZENIE NR2

LABORATORIUM PODSTAW

ELEKTRONIKI

Rok akademicki

2009/2010 Temat ćwiczenia :

Sprawdzenie II prawa Kirchhoffa

Kierunek studiów:

Semestr:

Grupa:

Wykonawcy:

Data wykonania: Podpis:

Spis aparatury pomiarowej

Woltomierz Typ …………………………… nr …………………………… klasa ………

Woltomierz Typ …………………………… nr …………………………… klasa ………

Amperomierz Typ …………………………… nr …………………………… klasa ………

Amperomierz Typ …………………………… nr …………………………… klasa ………

Amperomierz Typ …………………………… nr …………………………… klasa ………

Dekada oporności: Typ …………………………… nr …………………………… klasa ………

Dekada oporności: Typ …………………………… nr …………………………… klasa ………

Dekada oporności: Typ …………………………… nr …………………………… klasa ………

Zasilacz napięcia stałego: Typ …………………………… nr …………………………… klasa ………

Cel ćwiczenia :

Doświadczalne sprawdzenie wzorów na zastępczą rezystancję rezystorów łączonych

szeregowo i równolegle, sprawdzenie praw Ohma i Kirchhoffa.

1. Mieszane łączenie rezystancji :

Rys 1. Schemat pomiarowy układu

Sprawdzić w układzie połączeń jak na rysunku 1 , rozpływ prądów, poziomy napięć i

obliczyć rezystancję zastępczą RAB i RZ . Na podstawie danych podanych przez prowadzącego

należy obliczyć pozostałe wielkości występujące w tabeli 1. (Przykładowe zadania do

wykonania przedstawiono w tabeli 2). Następnie zmontować układ, ustawić wartości

rezystorów 321 ,, RRR , podać obliczoną wartość napięcia zasilającego UZ . Przyrządy powinny

wskazać wartości obliczone na podstawie praw Ohma i Kirchhoffa. Wskazania przyrządów

wpisujemy do tabeli 1. Oblicz również rezystancję zastępczą ZR trzech rezystorów 321 ,, RRR

, posługując się prawem Ohma.

Wzory przydatne do obliczeń.

, , I1 = I2 + I3

,

,

,

,

Tabela 1.

Sposób

połączenia UZ

UAB I1

I2 I3

R1 R2 R3

RAB RZ

123 )//( RRR

V V A A A A

Wpisać

wyniki

obliczeń

Wpisać

wyniki

wskazań

przyrządów

–

–

–

–

–

W tabeli 2 przedstawiono przykładowe dane zadań do obliczeń w ramach przygotowania do

zajęć laboratoryjnych.

Tabela 2.

lp Sposób

połączenia

UZ UAB

I1 I2

I3 R1 R2

R3 RAB RZ

123 )//( RRR V V mA mA mA

1 15 6,65 200 400

3 12 40 100 300

9 16 100 60 4R2

13 12,2 105 80 320

19 15 120 50 100

21 10 150 30 2R2

W sprawozdaniu należy przedstawić sposób wyliczenia danej wielkości i wyjaśnić różnice

między obliczonymi wartościami a wskazaniami przyrządów.

Przykłady rozwiązywania obwodów z wykorzystaniem PRAW KIRCHHOFFA I OHMA

Zadanie 1

Ile wynosi natężenie prądu w obwodzie przedstawionym na rysunku? ε1=2V, ε2=9V, R1=2Ω, R2=10Ω, rW=1Ω

Dane:

ε1=2V; ε2=9V; R1=2Ω; R2=10Ω; rW=1Ω

Oblicz: I = ?

Rozwiązanie

W obwodzie przedstawionym na rysunku siły elektromotoryczne ε1 i ε2 są połączone

przeciwnie. O kierunku płynięcia prądu I w obwodzie zewnętrznym decyduje więc źródło o

większej sile elektromotorycznej. Ponieważ ε2 > ε1, więc w obwodzie zewnętrznym prąd płynie

od bieguna dodatniego (+) do bieguna ujemnego (-) przez opór R1, źródło ε1 i opór R2.

Aby wyliczyć szukane natężenie prądu, skorzystamy z II prawa Kirchhoffa. Wystartujemy z

dowolnego punktu obwodu (np. z A) i przejdziemy cały obwód zgodnie z kierunkiem prądu, aż

do chwili, gdy znów znajdziemy się w punkcie wyjścia. Po drodze będziemy notować skoki

napięcia na poszczególnych elementach obwodu (oporniki zmniejszają napięcie, podobnie jak

siły elektromotoryczne "przeciwnie zwrócone" do kierunku prądu). Zgodnie z II prawem Kirchhoffa suma tych skoków napięcia jest równa zeru.

Oczywiście dwa powyższe zapisy są równoznaczne, drugi jest bardziej elegancki. ;-)

Z tego wzoru możemy wyliczyć teraz szukane natężenie prądu:

Zadanie 2

Oblicz prądy płynące w obwodzie jak na rysunku, dla danych: R1=1 ; R2=2 ; R3=3 . E1=2V; E2 =4V

Rozwiązanie

Z I prawa Kirchhoffa (prawo zachowania ładunku)

J1=J2+J3 (1)

Z II prawa Kirchhoffa ( prawo zachowania energii)

E1 – J1R1 – J2R2 = 0 (2)

E2 – J3R3 – J2R2 = 0 (3)

Podstawiając (1) do wzoru (2) otrzymamy

E1 – J2R1 – J3R1 – J2R2 = 0 (4)

E2 – J3R3 – J2R2 = 0 (5)

Z równania (4) J3R1= E1 – J2R1– J2R2 = E1 – J2(R1+R2 )

podstawiamy do równania (5) otrzymamy

E2 –

– J2R2 = 0

Po podstawieniu danych otrzymamy

4 – 2 – J2 3

– 2J2 = 0

2 – 7J2 = 0 stąd

J2 =

Z równania (5)

J3 = –

=

=

J1 = J2+J3 =

ĆWICZENIE NR 3

LABORATORIUM PODSTAW

ELEKTRONIKI

Rok akademicki

2009/2010 TEMAT: Diody prostownicze, stabilizacyjne, LED

Kierunek studiów:

Semestr:

Grupa:

Wykonawcy:

Data wykonania: Podpis:

Spis aparatury pomiarowej

Zestaw do pomiaru charakterystyk I(U) diod.

I. BADANIE WŁAŚCIWOŚCI DIÓD PÓŁPRZEWODNIKOWYCH

Grupa laboratoryjna dostaje od prowadzącego ćwiczenie diody prostownicze

1. Zadania do realizacji:

a) Zmierzyć charakterystyki statyczne elementów w kierunku przewodzenia.

b) Zmierzyć charakterystyki statyczne elementów w kierunku zaporowym.

2. Układy Pomiarowe:

Rys.1 Pomiar charakterystyki diody w kierunku przewodzenia

Rys.2 Pomiar charakterystyki diody w kierunku zaporowym

Materiał Barwa

Arsenek galu - GaAs Podczerwień

Fosforek galu - GaP Żółta, zielona, czerwona

Azotek galu - GaN Biała, niebieska

Fosforo-arsenek galu - GaAs1-xPx Żółta, pomarańczowa, czerwona

Galo-arsenek glinu - AlxGa1-xAs Podczerwień, czerwona

3.Tabele Pomiarowe:

3.1 Dioda prostownicza

Charakterystyki statyczne elementów w kierunku przewodzenia

ID[mA]

UD[V]

Charakterystyki statyczne elementów w kierunku zaporowym

ID[µA]

UD[V]

3.2 Dioda stabilizacyjna

Charakterystyki statyczne elementów w kierunku przewodzenia

ID[mA]

UD[V]

Charakterystyki statyczne elementów w kierunku zaporowym

ID[mA]

UD[V]

3.3 Dioda LED (czerwona)

Charakterystyki statyczne elementów w kierunku przewodzenia

ID[mA]

UD[V]

3.4 Dioda LED (żółta)

Charakterystyki statyczne elementów w kierunku przewodzenia

ID[mA]

UD[V]

3.5 Dioda LED (zielona)

Charakterystyki statyczne elementów w kierunku przewodzenia

ID[mA]

UD[V]

4. Opracowanie wyników:

Na podstawie zmierzonych punktów pomiarowych należy wykonać następujące wykresy:

1) Wspólny wykres charakterystyk statycznych w kierunku przewodzenia i zaporowych dla każdego badanego elementu. (układ osi liniowy)

2) Nanieść wszystkie charakterystyki na jeden wspólny wykres. (układ osi liniowy) 3) Wykres charakterystyki w kierunku przewodzenia w układzie liniowo

logarytmicznym dla każdego elementu osobno. 4) Jeden wykres charakterystyk w kierunku przewodzenia w układzie lin-log dla

wszystkich badanych elementów. Na podstawie zmierzonych charakterystyk należy:

1) Wyznaczyć rezystancje statyczną w kierunku przewodzenia dla 3 punktów pracy: przed , na i za „kolankiem”

2) Wyznaczyć rezystancje dynamiczną w kierunku przewodzenia dla 3 punktów pracy: przed , na i za „kolankiem”

3) Wyznaczyć wartości współczynników w równaniu diody dla każdego elementu. 4) Dla każdej diody nanieść na wykresach liniowym i liniowo logarytmicznym (w

kierunku przewodzenia) charakterystyki zmierzone i przybliżone wyznaczonymi współczynnikami z równania diody.

5) Wyznaczyć najmniejszy i największy błąd względny i bezwzględny pomiędzy wykresami zmierzonymi a przybliżonymi równaniem diody.

6) Wyznaczyć błędy pomiarowe dla każdej charakterystyki wnoszone przez układ pomiarowy (dokładność przyrządu, sposób pomiaru np. mierzony dokładnie prąd lub napięcie) itp..

7) Wyznaczyć błędy pomiarowe dla wyznaczonych wartości rezystancji statycznej i dynamicznej.

5. Wymagane zagadnienia teoretyczne przy wykonywaniu pomiarów:

1) Właściwości materiału półprzewodnikowego. 2) Złącze P-N w stanie przewodzenia. 3) Złącze P-N w stanie zaporowym. 4) Złącze P-N bez przyłożonego napięcia zewnętrznego. 5) Wpływ temperatury na złącze P-N. 6) Modele energetyczne złącza P-N w wyżej wymienionych stanach. 7) Schemat zastępczy diody uwzględniający rezystancje statyczną, dynamiczną i

pojemności diody. 8) Wpływ poszczególnych elementów schematu zastępczego na charakterystykę i

właściwości diody. 9) Różnice pomiędzy diodą prostowniczą i impulsową: przeznaczenie, budowa diody

(wielkość bariery, domieszkowanie itp.) 10) Jakie wielkości i w jaki sposób będzie mierzone (zakresy pomiarowe,

charakterystyki teoretyczne, układy pomiarowe, błędy pomiaru itp.) 11) Jakie wielkości fizyczne i w jakim układzie będzie mierzone będą mierzone.

Zakres zmian mierzonych wartości i zadawanych pobudzeń np. do jakiego napięcia w kierunku przewodzenia będziemy wyznaczać charakterystykę w kierunku przewodzenie. Przy jakim napięcia na diodzie należy spodziewać się „kolanka” dla krzemu, germanu itp.

12) Co to jest rezystancja obciążenia, w jaki sposób ją rysuje się na charakterystyce. 13) Wpływ rezystancji obciążenia na punkt pracy diody.

6. Przykładowe pytania teoretyczne:

1) Złącze P-N w stanie przewodzenia. 2) Złącze P-N w stanie zaporowym. 3) Złącze P-N bez przyłożonego napięcia zewnętrznego. 4) Wpływ temperatury na złącze P-N. 5) Modele energetyczne złącza P-N w wyżej wymienionych stanach.

6) Schemat zastępczy diody uwzględniający rezystancje statyczną, dynamiczną i pojemności diody.

7) Wpływ poszczególnych elementów schematu zastępczego na charakterystykę diody.

8) Różnice pomiędzy diodą prostowniczą i impulsową: przeznaczenie, budowa diody (wielkość bariery, domieszkowanie itp.) i ich wpływ na elementy w schemacie zastępczym

9) Co to jest rezystancja statyczna, dynamiczna, punkt pracy ? 10) Dla jakich diod istotna jest rezystancja statyczna a dla jakich dynamiczna? 11) Co to jest rezystancja obciążenia, w jaki sposób ją rysuje się na charakterystyce? 12) Wpływ rezystancji obciążenia na punkt pracy diody? 13) Oznaczenia diod na schematach elektronicznych.

7. Literatura:

[1] Wiesław Marciniak, „Przyrządy Półprzewodnikowe i Układy Scalone”, WNT, Warszawa

1979

[2] Michał Polowczyk, „Laboratorium Przyrządów Półprzewodnikowych”, Wydawnictwo

Politechniki Gdańskiej, Gdańsk 1996

[3] Włodzimierz Janke, „Zjawiska Termiczne w Elementach i Układach

Półprzewodnikowych”, WNT, Warszawa 1992

ĆWICZENIE NR 4

LABORATORIUM PODSTAW ELEKTRONIKI

Rok akademicki 2011/2012

TEMAT: Ogniwo fotowoltaiczne

Kierunek studiów:

Semestr:

Grupa:

Wykonawcy:

Data wykonania: Podpis:

Spis aparatury pomiarowej

Woltomierz Typ …………………………… nr …………………………… klasa ………

Amperomierz Typ …………………………… nr …………………………… klasa ………

Dekada oporności: Typ …………………………… nr …………………………… klasa ………

Dekada oporności: Typ …………………………… nr …………………………… klasa ………

Fotoogniwo Typ …………………………… nr …………………………… klasa ………

Cel ćwiczenia

Wyznaczenie zależności napięcia wyjściowego fotoogniwa od natężenia

oświetlenia U = f(Φ).

Wyznaczenia zależności mocy oddawanej przez fotoogniwo od oporności

obciążenia P = f(Robc).

Rys 1. Schemat pomiarowy

Rys. 2 Charakterystyka prądowo-napięciowa ogniwa fotowoltaicznego

Zadanie do wykonania:

1. Wyznaczenie zależności napięcia wyjściowego fotoogniwa od natężenia

oświetlenia

U = f(Φ). (Oświetlenie Φ ustalić dla napięć

Φ Φ1 Φ2 Φ3 Φ4 Φ5 Φ6 Φ7 Φ8 Φ9 Napięcie

zasilania

żarówki

[V]

25 50 75 100 125 150 175 200 225

Napięcie

wyjściowe

fotoogniwa

U[V]

2. Określić punkt pracy fotoogniwa, w którym moc oddawana do obciążenia będzie

maksymalna.

Pomiary dokonać przy różnym natężeniu oświetlenia a wyniki zapisać w poniższej tabeli.

Tabela 1. Dla oświetlenia Φ1 (napięcie zasilania żarówki =…….V)

R [Ω]

U[V]

I[mA]

P[W]

Tabela 2. Dla oświetlenia Φ2 (napięcie zasilania żarówki =…….V)

R [Ω]

U[V]

I[mA]

P[W]

Na podstawie pomiarów wykreślić charakterystykę P=f(R).

W sprawozdaniu:

1) opisać funkcjonowanie fotodiody i fotoogniwa

2) określić sprawność układu. Wyjaśnić wpływ temperatury na sprawność układu

3) opisać, z jakich materiałów wykonuje się fotoogniwa

4) wyjaśnić, w jaki sposób można magazynować energię w akumulatorze jeżeli napięcie

z fotoogniwa jest mniejsze od napięcia ładowania akumulatora

Wielkości mocy padającej na powierzchnię przy różnych stanach pogody

Baterie słoneczne zasilające aparaturę stacji

Budowa modułu fotowoltaicznego

Charakterystyka prądowo napięciowa fotoogniwa

Charakterystyki prądowo-napięciowe fotoogniwa dla różnych wartości oświetlenia i moce

oddawane do obciążenia

Budowa fotoogniwa

Alternatywne źródła energii. Systemy hybrydowe.

Systemy hybrydowe są kombinacją systemu fotowoltaicznego z innym systemem konwersji energii na energię elektryczną(rys.1). Znajdują w nich zastosowanie generatory spalinowe, turbiny wiatrowe lub wodne.

Rys. 1. Schemat systemu hybrydowego z podłączeniem stałoproądowym.

ĆWICZENIE NR 5

LABORATORIUM PODSTAW

ELEKTRONIKI

Rok akademicki

1999/2000 TEMAT: Pomiary oscyloskopowe parametrów sygnałów

elektrycznych

Kierunek studiów:

Semestr:

Grupa:

Wykonawcy:

Data wykonania: Podpis:

Spis aparatury pomiarowej

Oscyloskop dwukanałowy: Typ …………………………… nr …………………………… klasa ………

Generator funkcyjny: Typ …………………………… nr …………………………… klasa ………

Źródło napięcia stałego:

Typ …………………………… nr …………………………… klasa ………

1 Określenie wielkości charakterystycznych przebiegu

elektrycznego

Rysunek 1 Schemat układu do pomiaru wielkości charakterystycznych sygnału

elektrycznego

Tabela pomiarowa

Typ przebiegu Amplituda Wartość między-

szczytowa Okres

Czas

trwania

Czas

narastania

Czas

opadania

Współczyn

nik

wypełnienia

Czas

opóźnienia

Stały

Harmoniczny

Harmoniczny+stały

Fala prostokątna

Przebieg trójkątny

Impuls prostokątny