2.3 Вимірювання опорів

Для прямого вимірювання опору резистивного елемента (резистора в тому числі) будемо використовувати мультиметр ХММ2, в діалоговому вікні якого потрібно встановити режим роботи "" (постійний струм), вимірювану величину "", значення струму, наприклад 10 nА (10 нА) при вимірюванні опорів (SETTINGS), і підключити прилад до затискачів окремого резистора (рис. 2.2) або паралельно розімкненій ділянці резистивного кола (без джерел енергії). При вимірюванні опору між двома будь-якими точками схеми кола потрібно, щоб хоча б один з вузлів схеми мав з'єднання з "заземленою" точкою, при цьому гілки з ідеальними джерелами струму повинні бути розімкнуті, а ідеальні джерела напруги замінені короткозамкненими ділянками (провідниками).

Рис. 2.2 – Пряме вимірювання опору резистивного елемента

У практиці вимірювання опорів резистивних елементів крім прямих і порівняльних методів, широко використовується так званий метод вольтметра-амперметра, в основу якого покладено закон Ома для кіл постійного струму (див. рис. 2.1, а і б). Зауважимо, що цей метод дозволяє отримати лише наближене значення вимірюваного опору RU/I. Так, для схеми, зображеної на рис. 2.1, а:

R₁=U/(IU/R_V),

а для схеми, зображеної на рис. 2.1, б:

R₂=(UR_АI)/I,

де R_V і R_А  внутрішні опори вольтметра і амперметра відповідно.

Аналіз наведених виразів дозволяє зробити висновки: першою схемою (рис. 2.1, а) слід користуватися при вимірюванні порівняно малих опорів, коли R_V>>R₁, а другою схемою (рис. 2.1, б)  при вимірюванні великих опорів, коли R_А<<R₂.

2.4 Вимірювання кута зсуву фаз

Для вимірювання кута зсуву фаз  між синусоїдною напругою і струмом в реальному колі використовують: вимірювачі різниці фаз; так званий метод вольтметра-амперметра-ватметра, при якому кут  визначають з рівняння =arccos(Р/U·I), де Р  покази ватметра, а також методи, засновані на вимірюванні часового інтервалу t з допомогою електронно-променевого осцилографа.

Часовий інтервал:

t=/=/2f

пропорційний фазовому зсуву  між синусоїдною напругою і струмом в нерозгалуженому колі (рис. 2.3, а) і обернено пропорційний кутовій частоті  напруги (струму).

Рис. 2.3 – До вимірювання величини фазового зсуву

При цьому, фазовий кут (в градусах) визначають за формулою:

=360t/Т,

де T=l/f – період зміни напруги в секундах (с); f  частота напруги в герцах (Гц), що живить коло.

Часовий інтервал t=T₂-T₁ зазвичай вимірюють між нульовими значеннями осциллограмм напруги і струму за допомогою візирних ліній (візирів), розташованих ліворуч і праворуч від екрана осцилографа (рис. 2.3, а). Кут  береться зі знаком "плюс", якщо струм відстає по фазі від напруги (див. рис. 2.3, а ), і зі знаком "мінус", якщо струм випереджає по фазі напругу.

Встановлення чутливості каналів А (Channel A) і В (Channel B) і розгортки осциллограмм у часі (Time base) проводиться у вікні, що виводиться нижче поля осциллограмм (див. рис. 2.3, а).

При моделюванні схем кіл на робочому полі програмного середовища MS10 і їх аналізі для вимірювання кута зсуву фаз в колах змінного струму поряд з осцилографом будемо використовувати також віртуальний ватметр XWM1 (рис. 2.3, в), розміщений в бібліотеці Instruments. Ватметр безпосередньо вимірює активну потужність Р кола (гілки) у ватах і коефіцієнт потужності cos ( Power Factor ).

3 ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА

3.1 Завдання 1

Відкрити бібліотеку джерел енергії Source і "перетягти" на робоче поле середовища МS10 ідеальне джерело Е1 постійної напруги, потім з бібліотеки базових компонентів "Basic" перетягнути чотири резистора R1, ..., R4, з бібліотеки індикаторів Indicator  амперметр А і чотири вольтметра V1, ..., V4, з панелі приладів Instruments мультиметр XMM1, перемикач S з бібліотеки Switch/SPDT, керований клавішею S клавіатури англійський шрифт).

Після подвійного клацання мишею на зображенні елемента або приладу в діалогових вікнах, що відкриваються:

- задати ЕРС джерела напруги Е₁=N (в вольтах), де N  номер запису прізвища студента в навчальному журналі групи;

- позначити ( клацаючи мишею на кнопках Label і Value ) резистори і встановити значення їх опорів:

R₁=N; R₂=2N; R₃=3N; R₄=4N;

 задати або залишити встановлений за замовчуванням режим DС функціонування вимірювальних приладів та їх внутрішні опори: 1 нОм для амперметра і 10 МОм для вольтметрів;

- задати вимірювану величину Ω мультиметра XMM1 і режим його роботи (постійний струм).

З'єднати паралельно між собою опори R₁ і R₃; R₂ і R4, і виміряти за допомогою мультиметра XMM1 опори розгалужень резисторів (див. рис. 3.1, а для варіанту 40). Отримані значення опорів занести в поля табл. 1.1 і порівняти зі значеннями, обчисленими за формулами:

R₁₃=R₁R₃/(R₁+R₃) і R₂₄=R₂R₄/(R₂+R₄).

Рис. 3.1 – Схема для вимірювання

Таблиця 3.1

Поміряно	R13, Ом	R24, Ом	U1, мB	U2, мB	U3, мB	U4, мB
			I1 = I, мА	I2 = I, мА	I3 = I, мА	I4 = I, мА
Обчислено	R13, Ом	R24, Ом	R1, Ом	R2, Ом	R3, Ом	R4, Ом

Зібрати схему і відповідно до варіанту (див. рис. 3.1 , б для варіанту 40), встановити значення параметрів елементів схеми і приладів. Запустити програму MS10 (клацнути мишею на кнопці меню середовища MS10 ) і занести покази приладів (значення струму (А1) і значення напруг (V1, ..., V4) на затискачах резисторів) в табл. 3.1.

Розрахувати опори резисторів і занести їх значення в табл. 3.1.

Скопіювати і занести на сторінку електронного звіту копії рисунків схем (див. рис. 3.1, а і б) (у вигляді скріншотів після коригування, наприклад, в редакторі Paint або безпосередньо після виділення схем і натиснення клавіш Alt+PrtSc клавіатури).