P a g i n a | 1

Introducere

LUCRAREA NR. 1

INTRODUCERE

Scopul lucrrii: recapitularea unor noiuni de baz ale electrotehnicii Legea lui Ohm, Legea lui Kirchoff, alte noiuni elementare; nsuirea modului de lucru cu aparatura de laborator surs de curent, generator de semnal, osciloscop, voltmetru, ampermetru.

1. Noiuni teoretice

Tensiunea electric ntre dou puncte ale unui circuit electric este definit ca diferena de potenial ntre cele dou puncte i este proporional cu energia necesar deplasrii de la un punct la cellalt a unei sarcini electrice.

Unitatea de msur a tensiunii electrice n SI este voltul (V). Observaie important: tensiunea electric este o mrime fizic relativ. Cu alte cuvinte, o tensiune se poate msura numai fa de un punct de referin. n general, n electronic, tensiunile sunt date folosind ca punct de referin masa circuitului, creia i se atribuie formal potenialul cu valoare nul.

Rezistena electric este o mrime fizic prin care se exprim proprietatea unui conductor electric de a se opune trecerii prin el a curentului electric. Unitatea de msur a rezistenei electrice n SI este ohm-ul, notat cu .

Intensitatea curentului electric, numit i intensitate electric sau simplu curentul este o mrime fizic scalar ce caracterizeaz curentul electric i msoar sarcina electric ce traverseaz seciunea unui conductor n unitatea de timp.

Unitatea de msur n SI este amperul (A). Amperul este o mrime fizic fundamental. Legea lui Ohm

ntr-un circuit, intensitatea (I) curentului electric este direct proporional cu tensiunea (U) aplicat i invers proporional cu rezistena (R) din circuit. Formula matematic a legii lui Ohm este:

=

(1.1)

unde: I este intensitatea curentului, msurat n amperi (A); U este tensiunea aplicat, msurat n voli (V); R este rezistena circuitului, msurat n ohmi ().

Fig. 1.1. Legea lui Ohm

2 | P a g i n a

ndrumar laborator Electronic Analogic

Legile lui Kirchoff Kirchoff I

n fiecare nod al unui circuit electric, suma intensitilor curenilor care intr n acel nod (considerate pozitive pentru curenii care intr n nod i negative pentru curenii care ies din nod) este zero.

=1 = 0 (1.2)

sau - suma algebric a intensitilor curenilor dintr-un nod este 0.

Fig. 2.2. Legea nti a lui Kirchoff

+ = + (1.3) Kirchoff II

Suma orientat a diferenelor de potenial electric ntr-un circuit nchis este 0.

=1 = 0 (1.4)

sau - suma algebric a cderilor de tensiune (n cazul particular a unei rezistene, cderea de

tensiune este dat de legea lui Ohm) ntr-o bucl nchis este egal cu tensiunea electromotoare total disponibil n acea bucl.

Fig. 1.3. Legea a doua a lui Kirchoff

V1 + V4 -V2 - V3 = 0 (1.5)

Divizorul de tensiune

Divizorul de tensiune rezistiv se obine prin aplicarea unei tensiuni E pe o grupare de rezistene nseriate i astfel se poate culege o fraciune din tensiunea aplicat de pe una dintre rezistenele gruprii, figura 1.4a:

2 = E R2

R1+ R2 (1.6)

I1

I2 I4

I3

P a g i n a | 3

Introducere

1 = E R1

R1+ R2 (1.7)

R1

R2

E

U2=U0

i

R

r

E

i

UR

a) b)

Fig. 1.4. Divizorul de tensiune

Tensiunea pe o rezisten de sarcin R, alimentat la o surs de tensiune real (E,r) poate fi exprimat i cu formula divizorului de tensiune, figura 1.4b:

= E R

+ R (1.8)

Puterea electric dezvoltat pe rezistena de sarcin este:

= 2 =

2

= =

2

+ 2 (1.9)

Pentru o anumit surs real de tensiune caracterizat prin tensiunea E i rezistena intern r, prin conectarea a diferite rezistene de sarcin se obin diferite puteri dezvoltate n respectivele rezistene. Exist o anumit valoare a rezistenei de sarcin R pentru care puterea disipat pe ea este maxim, obinut prin rezolvarea ecuaiei:

= 0 (1.10)

Se obtine solutia R = r, valoare pentru care puterea PR dezvoltat n aceasta rezisten, este maxim:

=2

4 (1.11)

Transferul maxim de putere de la surs la sarcin corespunde adaptrii sarcinii la surs, R=r fiind condiia de adaptare. La funcionarea n sarcin a divizorului de tensiune, tensiunea obinut la ieire este mai mic dect cea obinut cnd divizorul funcioneaz n gol, fiind determinat de valoarea rezistenei de sarcin, figura 1.5a.

4 | P a g i n a

ndrumar laborator Electronic Analogic

a) b)

R1

R2

E

i

is

RS

RS

EU

R0

is

Fig. 1.5. Divizorul de tensiune cu sarcin

Divizorul de tensiune la care se conecteaz rezistena de sarcin poate fi echivalat cu un generator ideal de tensiune cu tensiunea:

0 =2

1+ 2 (1.12)

(corespunztoare tensiunii de ieire a divizorului cnd acesta se afl n gol), nseriat cu o rezisten de valoare:

=12

1+ 2 (1.13)

(echivalent cu rezistenele divizorului conectate n paralel), figura 1.5b. Din schema echivalent a divizorului de tensiune n sarcin se disting urmtoarele cazuri:

Rs = 0 divizorul este n scurt-circuit cnd U = 0;

Rs divizorul de tensiune este n gol cnd U = U0;

Rs 0 divizorul funcioneaz n sarcin cnd 0 < U < U0. 2.Utilizarea aparaturii de laborator Voltmetru http://www.allaboutcircuits.com/vol_6/chpt_2/1.html

Se conecteaz n paralel cu elementul de circuit pentru care se dorete msurarea tensiunii.

Ampermetru http://www.allaboutcircuits.com/vol_6/chpt_2/4.html

Se conecteaz n serie cu elementul de circuit pentru care se dorete msurarea intensitii curentului.

ATENIE! A nu se conecta n paralel cu o surs de tensiune pentru a evita producerea unui scurt-circuit.

P a g i n a | 5

Introducere

Generator de semnal Generatoarele de semnal sunt aparate electronice care, n laboratoarele de msurri electronice, sunt utilizate ca surse de tensiune variabil n timp, cu o anumit form de und (sinusoidal, dreptunghiular, etc) , cu nivel si frecven reglabile.

Ele se folosesc la verificarea, reglarea, depanarea i msurarea diferitelor aparate i instalaii. n esen, generatoarele de semnal conin circuite electronice care transform energia furnizat de sursa de curent continuu n energie de curent alternativ furnizat la ieirea aparatului, ntr-un singur punct (la borne), cu semnal reglabil ntr-un anumit domeniu de frecvene. Osciloscop

Osciloscopul analogic clasic este realizat utiliznd un tub catodic n care un fascicul de electroni este accelerat spre un ecran fosforescent i produce pe acesta un punct luminos. Poziia x-y a punctului luminos pe ecran este comandat prin circuite i dispozitive specializate. Astfel, ecranul osciloscopului devine un grafic al variaiei n timp a unei tensiuni electrice sau afieaz dou tensiuni electrice una n funcie de cealalt.

Osciloscoapele moderne sunt adesea digitale i prezint graficele fie pe un monitor ncorporat, fie pe monitorul unui calculator. Aceste osciloscoape convertesc semnalele electrice ntr-o reprezentare digital i au un numr suplimentar de funcii, printre care: memorarea datelor, analiza matematic a semnalelor, tiprirea lor la o imprimant i salvarea lor n format digital ca fiier pe un disc magnetic sau memorie flash.

Printre parametrii cei mai importani ai semnalelor electrice care se pot msura sunt urmtorii: perioada sau frecvena semnalelor; timpul de cretere sau descretere (cdere) al unui impuls de la un nivel dat la altul; ntrzierea relativ a dou semnale; durata unui impuls; factorul de umplere al unui semnal dreptunghiular.

6 | P a g i n a

ndrumar laborator Electronic Analogic

DESFURAREA LUCRRII

A1

5

6R1

1 1 1C1

P1 P2 P3

C2 C3

7

1

L1 L2 L3

LRGB

RC 3 RC 2

RC 1

D1

D2

D3

R2

R3

Fig. 1.6. Montajul de laborator

1. Se conecteaz (+)-ul sursei de tensiune setat la 10 V la borna A1 i (-)-ul sursei de tenisune la borna 1 (borna de mas a circuitului), apoi se utilizeaz firele de conexiune pentru a conecta bornele C1 cu L1, C2 cu L2 i C3 cu L3. Se variaz curentul de la bornele C1, C2, C3 cu ajutorul poteniometrelor, observndu-se astfel variaia intensitii luminii i schimbarea culorii LED-ului.

Se cupleaz un miliampermetru ntre C1 i L1 i un voltmetru ntre A1 i P1; Curentul din L1 se variaz la: 1mA, 2mA, 5mA, 10mA, 15mA. Pentru fiecare valoare se msoar

tensiunea dintre A1 i P1. Tensiunea se ma msura folosind un voltmetru analogic. Se repet pentru C2 L2 cu A1-P2. (ATENIE! se pornete ampermetrul fixat pe intensitate maxim pentru a evita posibila ardere a

echipamentului n cazul conectrii inverse. Dac indicatorul ampermetrului depete scala maxim se nchide imediat aparatul! Pe de alt

parte, dac indicatorul pare insensibil, se descrete treptat scala de msur.) (Atenie! LED-ul este de putere mic, dar nu se recomand apropierea excesiv i pentru timp

ndelungat a ochilor.)) Rezultatele se vor trece ntr-un tabel de forma:

1mA 2mA 5mA 10mA 15mA

UA1P1

UA1P2

P a g i n a | 7

Introducere

2. Se conecteaz sursa de tensiune la borna R1 (8V) cu masa la R3. Se msoar tensiunea ntre R2 i R3 i ntre R1 i R2 i se calculeaz intensitile prin fiecare rezisten folosind legea lui Ohm (valorile rezistenelor se calculeaz pe baza codului culorilor). Se verific prima lege a lui Kirchoff n punctul R2. 3. Se conecteaz sursa de tensiune la borna 5 + i la borna 7 -. Se va folosi osciloscopul digital setat pe VDC pentru a vizualiza tensiunea rezultat prin divizorul de tensiune. Observai variaia tensiunii la borna 6 variind poteniometrul i apoi tensiunea de intrare de la 8 V la 12 V. Se explic ce se ntmpl. 4. Se conecteaz sursa de tensiune la borna D1 + i la 1 -, la o tensiune de 12V. Cu ajutorul unui voltmetru digital / a osciloscopului digital se va msura potenialul la bornele D2 i D3 fa de borna 1. Ce se observ? (vezi Divizorul de tensiune (1)). 5. Se conecteaz generatorul de semnal cu + la borna RC1 i cu - la RC3. Frecvena se modific ntre 50Hz i 50kHz iar tensiunea se poate varia n jurul a 5V.

Semnalul de ieire se msoar la borna RC2 fa de RC1. Setai osciloscopul pe AUTO. Setai manual osciloscopul astfel nct forma de und de intrare i forma de und de ieire s

poat fi vizualizate independent (fr a se suprapune). Modificai amplitudinea tensiunii. Mutai ,,+-ul generatorului de semnal la RC3 i masa (,,--ul)

la RC1. Ce observai? Obs.: Se utilizeaz opiunea VAC a osciloscopului. Referatul va conine:

- schemele de principiu pentru efectuarea msurtorilor; - tabelele cu rezultatele msurtorilor; - graficele i determinrile fcute pe baza acestora; - comparaie ntre valorile obinute teoretic, pe baza formulelor din lucrare, i valorile msurate

Link-uri utile: http://www.ese.upenn.edu/rca/calcjs.html http://www.dummies.com/how-to/content/measuring-stuff-with-a-multimeter.html http://www.dummies.com/how-to/content/electronics-for-dummies-cheat-sheet0.html

8 | P a g i n a

ndrumar laborator Electronic Analogic

Codul culorilor pentru rezistene: n general, rezistenele nu sunt marcate cu o valoare inscripionat numeric, ntru-ct pe o rezistena de dimensiuni reduse acesta nu ar fi lizibil. Astfel, se prefer folosirea unui cod al culorilor.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Valoarea, n , a unei rezistene, este dat de formula:

= 1 2 10

n exemplul din figur, rezistena are o valoare de 22 * 101 = 220 . Obs: multiplicator auriu semnific (-1) iar argintiu semnific (-2). Pentru banda de toleran, auriu semnific o marj de toleran de 5%, iar argintiu de 10%.