МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ "ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА" Інститут комп’ютерних наук і інформаційних технологій Кафедра автоматизованих систем управління ОЗНАЙОМЛЕННЯ З МОДЕЛЮЮЧИМ СЕРЕДОВИЩЕМ EWB НА ПРИКЛАДІ АНАЛІЗУ ПРОСТИХ РЕЗИСТОРНИХ КІЛ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ Лабораторна робота №1 з дисципліни "Елементи і вузли поліграфічної техніки" Лабораторна робота №1 ОЗНАЙОМЛЕННЯ З МОДЕЛЮЮЧИМ СЕРЕДОВИЩЕМ EWB НА ПРИКЛАДІ АНАЛІЗУ ПРОСТИХ РЕЗИСТОРНИХ КІЛ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ Мета роботи - ознайомлення з моделюючим середовищем EWB на прикладі аналізу простих резистивних кіл постійного струму, експериментальне підтвердження законів Ома і Кірхгофа, набуття досвіду проведення розрахунку лінійних кіл постійного струму та вимірювання електричних величин засобами моделюючого середовища EWB. 1. ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ В електричних колах взаємозв’язок між електрорушійною силою (ЕРС), напругами, струмами і опорами визначається законами Ома і Кірхгофа. Згідно з законом Ома - струм повного електричного кола - це EРС поділена на еквівалентний опір всього кола. Для схеми рис.1 : I1 = E / Rекв , де Rекв = R1 +Rав; R ав=(R 2 +R св) II R 4; Rсв =(R3 +R6) II R 5 . Струм пасивної ділянки кола - це спадок напруги на цій ділянці поділений на її опір. Для схеми рис.1 : I1 = U R1 / R1 ; I2 = U R2 / R2 ; I3 = U R3 / R3 або I3 = U R3+R6 / ( R3 + R6 ) і т.д. Напругу, яка діє на ділянці електричного кола, можна розглядати як падіння напруги на цій ділянці від протікання струму. Згідно з першим законом Кірхгофа - алгебраїчна сума струмів у вузлі розгалуженого електричного кола рівна нулю. Для схеми рис.1: вузол а: I1 = I2 + I4 ; вузол с: I2 = I3 + I5 У відповідності до другого закону Кірхгофа - алгебраїчна сума напруг в замкненому контурі електричного кола рівна нулю. Для схеми рис.1: R1 • I1 + R4 • I4 - Uвх = 0 або E = R1 • I1 + R4 • I4 - лівий контур, R2 ( I2 + R5 • I5 - R4 • I4 = 0 - cередній контур і т.д. 2. ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ 2.1. Підготовка до роботи 2.1.1 Накреслити схему дослідження ( рис.1 ) і згідно з варіантом завдання записати значення елементів та параметрів схеми. Значення опору резисторів на схемі: R1 = R2 = 270 Oм, R3 = 180 Ом, R4 = R5 = 680 Oм, R6 = 470 Ом.. 2.1.2 Використовуючи метод еквівалентних перетворень, розрахувати всі струми у гілках та спадки напруг на елементах схеми. А). Обчислення еквівалентного опору R36 = R3 +R6 = 180 + 470 = 650 Ом; R536 = R5 • R36 / R5 + R36 = 680 • 650 / 680 + 650 = 332.2 Ом; R2536 = R2 +R536 = 270 + 332.33 = 602.33 Ом; R42536 = R5 • R36 / R5 + R36 = 680 • 602.33 / 680 + 602.33 = 319.4 Ом; Rекв = R1 + R42536 = 270 + 319.4 = 589.4 Ом; Б). Розрахунок струмів у гілках схеми Для прикладу розрахунок проведений для варіанту Е = 17 В. I1 = E / Rекв = 17 / 589.4 = 2.88 • 10-3 А За другим законом Кірхгофа (лівий контур) E = R1 • I1 + R4 • I4 ; I4 = ( E - R1 • I1 ) / R4 = ( 17 – 270 •2.88 • 10-3 ) / 680 = 1.35 • 10-3 А За першим законом Кірхгофа вузол а: I1 = I2 + I4 ; I2 = I1 - I4 = 2.88 • 10-3 – 1.35 • 10-3 = 1.53 • 10-3 А За другим законом Кірхгофа (середній контур) R2 ( I2 + R5 • I5 - R4 • I4 = 0; I5 = ( R4 • I4 - R2 ( I2 ) / R5 = ( 680(1.35 • 10-3 - 270 • 1.53 • 10-3 ) / 680 = 0.743 • 10-3 А За першим законом Кірхгофа вузол c: I2 = I3 + I5; I3 = I2 – I5 = 1.53 • 10-3 – 0.73 • 10-3 = 0.8 • 10-3 А В). Розрахунок напруг на елементах схеми U R1 = I1 • R1 = 2.88 • 10-3 • 270 = 777.6 • 10-3 В; U R2 = I2 • R2 = 1.53 • 10-3 • 270 = 413.1 • 10-3 В; U R3 = I3 • R3 = 0.8 • 10-3 • 180 = 144 • 10-3 В; U R4 = I4 • R4 = 1.35 • 10-3 • 680 = 918 • 10-3 В; U R5 = I5 • R5 = 0.743 • 10-3 • 680 = 505.24 • 10-3 В; U R6 = I3 • R6 = 0.8 • 10-3 • 470 = 376 • 10-3 В; Результати розрахунків записані в таблицю. Таблиця 1. Розрахункові і експериментальні дані Uрозрах, мВ Uвимір, мВ Iрозрах, мА Iвимір, мА  Е 1697 1700 2.88 2.885  R1 777.6 778.9 2.88 2.885  R2 413.1 413 1.53 1.53  R3 144 140.8 0.8 0.78  R4 918 921.1 1.35 1.355  R5 505.24 508.2 0.743 0.7478  R6 376 367.4 0.8 0.78  2.1.3 Перевірка розрахунків за другим законом Кіргофа для контурів: - лівий контур E = R1 • I1 + R4 • I4 ; 17 = 270 * 2.88 * 10-3+ 680 * 1.35 * 10-3; 17 ≈16.97 -cередній контур 0 = R2 ( I2 + R5 • I5 - R4 • I4 ; 0 = 270 • 1.53 • 10-3+ 680 • 0.743 • 10-3 - 680 • 1.35 • 10-3; 0 ≈ 0.4 2.1.4 Перевірка розрахунків за балансом потужності: E • I1 = I1 2• R1 + I22• R2 + I32• (R3 +R6 ) + I42• R4 + I52• R5 ; 17 • (2.88 • 10-3 ) = = (2.88 • 10-3 )2 • 270 + (1.53 • 10-3 )2 • 270 + (0.8 • 10-3 )2 • (180 + 470 ) + (1.35 • 10-3 )2 • 680 + (0.743 • 10-3 )2 • 680 = = 2.24 • 10-3 + 0.63 • 10-3 + 0.416 • 10-3 + 1.24 • 10-3 + 0.38 • 10-3 = • 10-3 , 4.896 мВт ≈ 4.906 мВт 2.2 Проведення експериментальних досліджень 2.2.1. Підготувати до роботи ПК, провести реєстрацію в системі, забезпечити роботу з моделюючим середовищем Electronics Work Bench. 2.2.2 Забезпечити комутацію на набірному полі досліджуваної схеми. 2.2.3 Виміряти еквівалентний опір схеми дослідження Rекв на затискачах «+» і «-» (схема без джерела вхідної напруги). Rекв виміряне мультиметром в режимі омметра -вимірювання: Rекв = 589.4 Ом ( рис.1 ) I1 = E / Rекв = 17 / 589.4 = 2.88• 10-3 А
Рис. 1 2.2.4 Підімкнути до схеми джерело постійної напруги зі значенням напруги U=17 В ( згідно з варіантом ) та відповідні електровимірювальні прилади вольтметри та міліамперметри ( рис.2 )
Рис. 2 2.2.5 Виміряти струми в гілках та спадки напруг на всіх елементах схеми. Результати вимірювань записати в таблицю. 2.2.6 Висновки про виконану роботу. Ознайомилися з моделюючою програмою Electronics Work Bench. Отримали експериментальне підтвердження законів Ома і Кірхгофа, набули досвіду проведення розрахунку лінійних кіл постійного струму та вимірювання електричних величин. Розходження розрахованих і експериментальних даних незначне і викликане заокругленнями при ручних розрахунках.