Сапожников А.И., Нечаев М.А., Образцов К.В. Элементы систем автоматики: лабораторный практикум
Подождите немного. Документ загружается.
81
на вертикальной оси – ток короткого замыкания
H
RE /. Прямая, соеди-
няющая эти точки, и является нагрузочной прямой.
R
Н
I
+
E
I
U
U
ТЕМН
Е
Ф=0
Ф
1
>0
E
R
Н
0
Ф
U
E
U
НАГР
а) б) в)
ФД
U
ФД
0
Ф
2
>Ф
1
Ф
3
>Ф
2
Ф
4
>Ф
3
Ф
5
>Ф
4
E-U
ТЕМН
Рис. 4
Пересечение нагрузочной прямой с вольтамперными характери-
стиками фотодиода позволяет определить напряжение на нагрузке
H
R .
Для этого нужно из точек пересечения провести прямые, перпендику-
лярные горизонтальной оси до пересечения с ней. Расстояние от коор-
динаты
E
до точки пересечения перпендикуляра с осью и будет значе-
нием напряжения на нагрузке
НАГР
U
.
Из приведенного на рис. 4, а построения следует, что при отсутст-
вии освещения напряжение на фотодиоде будет максимальным
ТЕМН
U .
При увеличении освещения ток в фотодиоде возрастает, а напряжение
на нем падает. Напряжение на нагрузке определяется как разность на-
пряжения источника питания и напряжения на фотодиоде
НАГР ФД
UEU
=
− . (4)
График зависимости
()
НАГР
Uf
=
Φ приведен на рис. 4, в.
2. ПРИБОРЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
2.1. Микромультиметр цифровой ММЦ-01 – 2 шт. (или 3 шт.).
2.2. Фотодиод ФД265А.
2.3. Соединительные провода.
2.4. Блок № 4, блок № 1, блок № 5 эл.
2.5. Источник питания ОУ ± 15 В.
82
2.6. Переменный резистор
Р
R
, размещенный на лабораторном
стенде типа ППБ-50 Г.
3. ПРОГРАММА РАБОТЫ
3.1.
Снять зависимость фото-ЭДС от освещенности.
3.1.1. Ознакомиться с блоком 1, сектор А2.
3.1.2.
К резистору
Р
R
, размещенному на стенде, подключить по-
стоянное напряжение 20 В.
3.1.3.
Регулируемое напряжение, снимаемое с
Р
R
, подключить к
гнездам
1
X
, 2
X
осветительной лампы (блок 1, 2
A
). Для контроля на-
пряжения освещения к этим же гнездам –
1
X
,
2
X
подключить прибор
на пределе измерения 20 В.
3.1.4. К гнездам
3
X
,
4X
фотодиода подключить второй прибор
на пределе измерения 2 В для измерения фото-ЭДС.
3.1.5. Результаты измерений занести в табл. 1.
Таблица 1
BU
OCB
,
0 2 4 … 18
BE ,
Φ
3.2.
Исследовать схему рис. 4, а.
3.2.1. Цепи, относящиеся к осветительной лампе сохранить.
3.2.2. Собрать схему, показанную на рис. 4, а, для чего к гнездам
3X
,
4X
фотодиода подключить соединенные последовательно источ-
ник
В
E
5= со стенда (полярность рис. 4, а) и сопротивление нагрузки
0,5
H
RMОм= .
3.2.3. Параллельно сопротивлению нагрузки
H
R подключить
прибор на пределе измерения 20 В.
3.2.4.
Вторым прибором на пределе 20 В измеряется напряжение
на выходе потенциометра
Р
R
(напряжение на осветительной
лампе).
3.2.5. Результаты измерений занести в табл. 2.
Таблица 2
BU
OCB
,
0 2 4 … 18
BU
VD
,
BU
Н
R
,
83
3.3. Снять семейство вольтамперных характеристик (ВАХ)
ФД.
3.3.1. Цепи, относящиеся к осветительной лампе, сохранить.
3.3.2. К переменному резистору
R , размещенному на стенде или
на блоке 4, подключить постоянное напряжение 30 В.
3.3.3. В схеме рис. 4, а вместо
В
E
5
=
подключить регулируемое
напряжение, снимаемое с резистора
R относительно сред-
ней точки (резистор включен по схеме двухтактного потен-
циометрического датчика).
3.3.4. К гнездам
4X
,
5X
H
R подключить прибор на пределе из-
мерения 2 В или 20 В.
3.3.5. Вторым прибором поочередно измерять напряжение на ос-
ветительной лампе и регулируемое напряжение, снимаемое
с резистора
R . Напряжение на фотодиоде определить из
выражения (4).
Правильность полярности регулируемого
напряжения проверить по характеристикам: при отри-
цательной полярности (
0E
В
<
) фотодиод должен рабо-
тать на обратной ветви своей ВАХ (см. рис. 4, б).
3.3.6. Результаты измерений занести в табл. 3а при постоянном
значении напряжения осветительной лампы ВU
OCB
0= .
ВU
OCB
0= Таблица 3а
BU
РЕГ
,
-8 -6 … 0 +0,5 +1,0 +1,5
BU
Н
R
,
BU
ФД
,
mA
I
,
3.3.7. Повторить опыт при
ВU
OCB
5
=
,
В
10 ,
В
16 или по заданию
преподавателя. Результаты измерений занести в табл. 3б, в,
г, аналогичные табл. 3а.
3.4.
Исследовать схему рис. 2.
3.4.1. Цепи, относящиеся к осветительной лампе, сохранить.
3.4.2. К выходу операционного усилителя (блок 5) подключить
второй прибор на пределе измерения 20 В.
3.4.3. Подключить цепи питания операционного усилителя.
3.4.4. В цепь обратной связи операционного усилителя включить
диод (блок 1, сектор
1
A
).
84
3.4.5. Результаты измерений занести в табл. 4.
Таблица 4
BU
OCB
,
0 2 4 … 14 16 18
ВU
ВЫХ
,
3.5. Исследовать схему рис. 3.
3.5.1. Цепи, относящиеся к осветительной лампе, сохранить.
3.5.2.
Собрать схему рис. 3, включив 1
ОС
RMОм
=
.
3.5.3.
Результаты измерений занести в табл. 5.
Таблица 5
BU
OCB
,
0 2 4 … 14 16 18
ВU
ВЫХ
,
3.5.4. Исследование схемы рис. 3 повторить при ВU
СМ
0= . Ре-
зультаты измерения занести в табл. 6, аналогичную табл. 5.
3.5.5.
Исследование схемы рис. 3 повторить при ВU
СМ
0= и об-
ратном включении фотодиода VD. Результаты измерения занести в
табл. 7, аналогичную табл. 5.
4. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
4.1.
Зарисовать исследуемые схемы и привести таблицы резуль-
татов 1… 7.
4.2.
Построить характеристики для каждой схемы
()( )
В
ЫХ ВХ ОСВ
UfUfU== .
4.3. Определить чувствительность датчика для каждой схемы по
формуле:
В
ЫХ
x
В
Х
U
S
U
Δ
=
Δ
.
4.4.
Построить вольтамперные характеристики, а также нагру-
зочную прямую, соответствующую опыту п. 3.2
(
В
E
5= ,0,5
H
RMОм= ). По результатам построения получить зависи-
мость ()
НАГР OCB
UfU= . Результаты сравнить с результатом п. 4.2 для
схемы рис. 4, а.
4.5. Ответить на контрольные вопросы.
4.6. Сделать выводы по работе, в частности, сравнить различные
схемы включения фотодатчика по чувствительности, линейности харак-
85
теристики, диапазону работы, выходному сопротивлению и т.п., т.е. вы-
делить основные достоинства и недостатки каждой из схем, и предло-
жить в связи с этим варианты использования исследованных схем.
5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
5.1.
Какие величины позволяют контролировать фотодатчики?
5.2. Проанализировать характеристику фотодатчика. Указать
режим работы фотодиода, его особенности.
5.3. Что изменяется в фотодиоде при увеличении светового по-
тока? Каков механизм работы этого датчика?
5.4. От каких факторов зависит использование той или иной
схемы включения фотодиода?
5.5. Какие еще датчики пригодны для контроля светового пото-
ка? Дать краткую характеристику.
6. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Прянишников В.А. Электроника: Курс лекций. – СПб: КОРО-
НА принт, 1998. – 400 с., ил.
2. Келим Ю.М. Электромеханические и магнитные элементы сис-
тем автоматики. – М.: Высш. шк., 1991. – 304 с., ил.
86
Приложение 1
Пример оформления титульного листа отчета по лабораторной
работе
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
“ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ”
Институт Электротехнический
Направление Электротехника, электромеханика, электротехнологии
Кафедра Электропривода и электрооборудования
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКОГО
ДАТЧИКА
Отчёт по лабораторой работе № 1
по дисциплине «Элементы систем автоматики»
Исполнители
студенты гр. 7А58
(подпись) Иванов И.И.
(подпись) Петров П.П.
(дата)
Руководитель:
доц., к.т.н.
(подпись) Александров А.А.
(дата)
Томск 2008 г.
87
Приложение 2
Правила выполнения лабораторных работ
1.
К выполнению лабораторных работ допускаются студенты,
прослушавшие соответствующую часть лекционного курса.
2.
Работа в лаборатории выполняется бригадами по 2-3 человека
на рабочем месте. Отчет оформляется общий на бригаду
.
3.
К выполнению каждой работы студенты должны готовиться
предварительно до лабораторного занятия, ознакомившись с описанием
работы и проработав соответствующие теоретические вопросы.
4.
Преподаватель проверяет готовность студентов к выполнению
работы. Студенты, показавшие неподготовленность, к выполнению ра-
боты не допускаются
.
5.
Четырехчасовые лабораторные работы выполняются за два
двухчасовых занятия. Отчет представляется после выполнения всей ра-
боты.
6.
Студенты могут включить лабораторный стенд, только получив
разрешение
преподавателя. Студенты, включившие стенд без разреше-
ния преподавателя, в случае выхода из строя оборудования несут мате-
риальную ответственность за повреждения.
7.
После окончания экспериментальной части работы студенты, не
выключая стенда, проводят необходимые расчеты и предъявляют их
преподавателю для проверки правильности полученных результатов.
Если какие-либо результаты наблюдений вызывают сомнения руково-
дителя, то эти наблюдения должны быть повторены.
8.
На основании своих протоколов студенты производят обработ-
ку результатов наблюдений, т.е. выполняют расчеты, строят графики и
диаграммы и оформляют отчет по работе согласно требованиям про-
граммы работы.
9.
Правила оформления отчетов (текста, рисунков, графиков,
формул) даны в стандарте СТО ТПУ 2.5.01-2006
. Отчеты, оформленные
не в соответствии с данным стандартом, возвращаются на доработку
.
10.
Рекомендуется производить оформление отчета возможно ско-
рее после выполнения экспериментальной части. Оформленные отчеты
по работе представляются преподавателю на проверку в день выполне-
ния очередной работы.
11.
Отчеты защищаются студентами после окончания цикла лабо-
раторных работ.
88
Учебное издание
ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМ АВТОМАТИКИ
Лабораторный практикум
Составители
САПОЖНИКОВ Алексей Иванович
НЕЧАЕВ Михаил Анатольевич
ОБРАЗЦОВ Константин Валентинович
Научный редактор
канд. техн. наук, доцент А.Ю. Чернышев
Редактор
Дизайн обложки
Подписано к печати 30.10.2008. Фо р мат 60х 84/16. Бум аг а
«Снег ур очк а».
Печать Xerox. Усл.печ.л. 4,91. Уч.-изд.л. 4,42.
Зак аз . Тираж 100 экз.
Томский политехнический университет
Система менеджмента качества
Томского политехнического университета сертифици-
рована
NATIONAL QUALITY ASSURANCE по стандарту ISO
9001:2000
. 634050, г . Томск, пр. Ленина, 30.