Úloha 1 – Multimetr CÍLE: Po ukončení tohoto laboratorního cvičení byste měli být schopni: Použít multimetru jako voltmetru pro měření napětí v provozních obvodech. Použít multimetru jako ampérmetru pro měření proudu v provozních obvodech. Použít multimetru jako jako ohmmetru pro měření hodnot re-zistorů. Určit směr proudu z polarity napětí, změřené multimetrem. DISKUSE: Před začátkem tohoto cvičení musíte znát jednotky elektrického napětí, proudu a odporu a být schopni nastavit vhodný rozsah multimetru pro měření každé z těchto veličin. POSTUP: 1. Umístěte desku plošného spoje do vedení desky na PU-2000 a připojte konektor. 2. Zapněte napájení. 3. Na PS-1 otočte knoflíkem pro ovládání napětí zcela doleva a tím získáte na výstupu nulové napětí. 4. PS-1 bude použit v tomto experimentu jako zdroj napětí a Vy jste snížili jeho výstupní napětí na nízkou úroveň před prováděním zapojení pro tento experimentální obvod. 5. Připojte napájecí zdroj PS-1 na žárovku podle Obr. 1.
Obr. 1 Obr. 1(a) 6. Nastavte výstupní napětí PS-1 na maximum otočením ovládacího knoflíku (zcela doprava). Sledujte svit žárovky. 7. Nastavte přepínač multimetru na stejnosměrné napětí. Připojte multímetr podle Obr. 1(a). Měřte a zaznamenejte napětí. NAPĚTÍ NA ŽÁROVCE =…………….(V) 8. Snižte svit žárovky snížením napájecího napětí (nastavením do střední polohy). Opět měřte a zaznamenejte napětí. NAPĚTÍ NA ŽÁROVCE =…………….(V) 9. Snižte napájecí napětí na 0V (otočením ovládacího knoflíku výstupního napětí zcela doleva).
Měřte napětí (které má být 0V) . NAPĚTÍ NA ŽÁROVCE = .................. (V) Odpojte multimetr z obvodu. 10. MĚŘENÍ PROUDU 11. Znovu připojte multimetr do obvodu pro měřeni proudu žárovkou 1 podle Obr. 2. Nastavte přepínač multimetru na stejnosměrný proud (DC) a jeho rozsah na 200mA. Zvyšte výstupní napětí PS-1 tak, aby žárovka svítila normálním svitem. Měřte a zaznamenejte proud protékající žárovkou. 12. Snižte napětí tak, aby byl ovládací knoflík napětí ve střední poloze. Měřte a zaznamenejte proud. PROUD ŽÁROVKOU 1 = ………….. (mA) 13. Snižte napětí na nulu.
Obr. 2 14. MĚŘENÍ ODPORU. 15. Odpojte napájení od žárovky odpojením multimetru. Nastavte multimetr na jeho odporový (OHM) rozsah 200 Ω. Připojte multimetr na žárovku 1 podle Obr. 3, měřte a zaznamenejte její odpor.
Obr. 3 ODPOR ŽÁROVKY 1 = ......................................................... Ω 16. Měření opakujte u žárovky 2. ODPOR ŽÁROVKY 2 = ...................................................... Ω 17. Odpojte multimetr z obvodu žárovky.
OTÁZKY a) Svítila žárovka více nebo méně při zvýšení napětí? b) Svítila žárovka více nebo méně při zvýšení proudu? c) V jakých jednotkách měříme proud? d) Pro měření stejnosměrného proudu byla kladná šňůra multimetru připojena ke kladné nebo záporné straně napájení? e) Můžeme z toho určit směr toku stejnosměrného proudu? f) Proč je jednodušší měřit napětí žárovky než proud?
Úloha 2 – Barevný kód rezistorů CÍLE: Po ukončení tohoto laboratorního cvičení byste měli být schopni: 1.1 Použít barevného kódu pro určení hodnoty rezistoru. 1.2 Použít ohmmetru pro měření odporů. 1.3 Určit, jsou-li měřené rezistory v rozsahu tolerancí, udávaných barevným kódem. DISKUSE: Barevný kód se používá pro určení hodnoty u většiny rezistoru a u řady jiných elektronických součástek. Seznam standardních barev je následující: 0 = černá 1 = hnědá
5 = zelená
2 = červená
6 = modrá
3 = oranžová
7 = fialová
4 = žlutá
8 = šedá = bílá
Je přidán čtvrtý pásek pro určení tolerance odporu: žádný pásek = 20% stříbrný pásek = 10% zlatý pásek = 5% 9 = bílá
POSTUP: 1. Prohlédněte si pásky barevných kódů rezistorů R1, R2, R3 a R4. Výsledky zaznamenejte. R1 = ……………………kΩ ……………………………% R2 = ……………………kΩ ……………………………% R3 = ……………………kΩ ……………………………% R4 = ……………………kΩ ……………………………% 2. Nastavte přepínač multimetru do polohy pro měření odporu a nastavte ho na rozsah 20 kΩ. Měřte a zaznamenejte hodnoty rezistorů R1, R2, R3 a R4. R1 = ……………………kΩ R2 = ……………………kΩ R3 = ……………………kΩ R4 = ……………………kΩ 3. Nyní z výsledků prvního kroku vypočítejte nejnižší a nejvyšší přípustnou hodnotu každého rezistoru. Použitím hodnot z kroku 2 určete, jsou-li jednotlivé rezistory v nebo mimo toleranci. R1min = ………………..kΩ R1max = …………………..kΩ
V / Mimo toleranci
R2min = ………………..kΩ R2max = …………………..kΩ
V / Mimo toleranci
R3min = ………………..kΩ R3max = …………………..kΩ
V / Mimo toleranci
R4min = ………………..kΩ R4max = …………………..kΩ
V / Mimo toleranci
Úloha 3 – Ohmův zákon CÍLE: Po ukončení tohoto laboratorního cvičení byste měli být schopni: 1.1 Dokázat Ohmův zákon experimentálním způsobem. 1.2 Určit hodnoty rezistorů z naměřených hodnot proudu a napětí. 1.3 Určit hodnotu proudu v obvodu z velikosti odporu, získané pomocí barevného kódu a změřeného napětí. 1.4 Určit napětí v obvodu z velikosti odporu, získané pomocí barevného kódu a změřeného proudu pomocí ampérmetru. DISKUSE: Ohmův zákon říká, že napětí na rezistoru je rovno součinu proudu a odporu. Výsledkem jsou tři důležité rovnice, které je možno použít pro výpočet kterékoliv z veličin - napětí, proudu a odporu, jsou-li známy zbývající dvě veličiny. Tato rovnice je:
POSTUP: 1. Nastavte výstup PS-1 na minimální napětí, potom připojte napájení na R, podle obvodu na Obr. l.
Obr. 1
Obr. 2
2. Nastavte multimetr na měření stejnosměrného napětí 20V a připojte ho na R1 podle schématu. Nastavte stejnosměrné napětí na první hodnotu v tabulce na Obr. 3. Napětí. 3. Odpojte multimetr a nastavte ho na rozsah 20mA. Připojte multimetr pro měření proudu odporem R1 podle Obr. 2. Výsledky zaznamenejte do Obr. 3. Měření opakujte pro všechny
hodnoty napětí na obr. 3. 4. Opakujte kroky 1 až 3 pro rezistor R2 5. Opakujte kroky 1 až 3 pro rezistor R3. 6. Nastavte napájení PS-1 na 0V. 7. Nastavte multimetr na proudový rozsah 20mA. Podle obr. 4 připojte do obvodu multimetr přepnutý k měření proudu odporem R1.
NAPĚTÍ (V)
PROUD V R1 (mA)
PROUD V R2 (mA)
PROUD V R3 (mA)
0 2 4 6 8 10 Obr. 3
Obr. 4
8. Nastavte napájecí napětí tak, aby byl proud roven první hodnotě, uvedené v tabulce na Obr. 5.
PROUD V R1 nebo R2
NAPÉTÍ NA R1 (V)
NAPĚTÍ NA R2 (V)
0,0 mA 0,2 mA 0,4 mA 0,6 mA
Obr. 5 9. Odpojte multimetr a nastavte ho pro měření stejnosměrného napětí 20V. Měřte napětí na R1. Výsledky zaznamenejte do tabulky na obr. 5. Opakujte postup pro všechny hodnoty proudu, uvedené v tabulce. 10. Opakujte sérii měření pro R2 a zaznamenejte výsledky do obr. 5. Nastavte napájení na 0V a obvod odpojte. 11. Připojte obvod podle obr. 6.
Obr. 6 12. Použitím multimetru k měření stejnosměrné napětí nastavte napájecí napětí na 10V. 13. Pomocí multimetru s proudovým rozsahem 20mA měřte postupně proud odpory R1, R2 a R3 a výsledky zaznamenejte. Vraťte napájení na 0V a obvod odpojte. PROUD ODPOREM:
R1 = ……………………………(mA) R2 = ……………………………(mA) R3 = ……………………………(mA)
14. U kroků 2-5 jste změnili napětí a zaznamenali výsledný proud u každého rezistoru. Použitím výsledků z obr. 3 vyneste tyto hodnoty do grafu závislosti proudu (na svislé ose) a napětí (na vodorovné ose). Použijte obr. 7. Zaznamenejte všechny tři případy výsledků do stejného grafu
a označte je R1, R2 a R3. 15. Pomocí vzorce I = U/R vypočítejte proud v každém rezistoru při 5V (použitím hodnot rezistoru z barevných kódů) a označte tento bod na grafu “X”. 16. V krocích 8-10 jste měnili proud a zaznamenávali výsledné napětí na každém rezistoru. Použitím výsledků z obr. 5 nakreslete graf napětí a proudu do obr. 8. Nakreslete výsledky pro oba rezistory a označte je R1 a R2. Použitím vzorce U = I.R vypočítejte napětí na každém rezistoru při proudu 0,5A a body na grafu označte „X“
I (mA)
10 8 6 4 2
U (V) 0
2
4
6
8
10
Obr. 7
I (mA)
1,0 0,8 0,6 0,4 0,2
U (V) Obr. 8
17. V kroku 13 jste měnili odpor a měřili proud při stálém napětí. Použitím výsledků kroku 13 nakreslete graf závislosti proudu a odporu do obr. 9. Vypočítejte hodnotu odporu rezistoru, kterým protéká proud 5 mA při napětí 10 V použitím vzorce R = U/I a označte tento bod na grafu "X".
I (mA)
10 8 6 4 2
R (kΩ) 0
1
2
3
4
5
6
7
Obr. 9
OTÁZKY: a) Je graf vynesený na obr. 7 přímka? b) Jak blízko čáry jsou na obr. 7 vypočítané hodnoty označené „X“ c) Můžete vyvodit nějaký závěr z a) a b)? d) Je graf vynesený na obr. 8 přímka? e) Jsou body "X" na přímce? f) Jaké závěry z toho vyvozujete? g) Je graf vynesený na obr. 9 přímka? h) Napište tři rovnice použité pro výpočet R, U a I podle Ohmova zákona i) Kterou rovnici použijete pro výpočet proudu při známé hodnotě rezistoru, je-li možno změřit napětí?
Úloha 4 – Výkon na rezistoru CÍLE: Po ukončení tohoto laboratorního cvičení byste měli být schopni: 1.1
Určit výkon na rezistoru z naměřených hodnot proudu a napětí.
DISKUSE: Výkon na rezistoru je dán součinem napětí a proudu. Výkon se obvykle měří ve wattech (W). Pro určení výkonu jsou tři základní rovnice: P = U.I Matematickým dosazením rovnic Ohmova zákona do rovnice pro výkon získáme vztah výkonu a odporu: P = I2 . R
Světlo žárovky je získáno přeměnou elektrického výkonu na světelné záření. V tomto experimentu bude dokázáno, že výkon je součinem napětí a proudu. Budete používat dvou žárovek s různými odpory a porovnávat jejich svit. Při stejném příkonu budou mít stejný jas. POSTUP: 1. Nastavte obě napájení na 0V. Připojte obvod podle obr. 1.
Obr. 1 2. Zvyšujte napájecí napětí na PS-l až žárovka začne žhnout. Měřte napětí na žárovce 1 a potom měřte její proud. Výsledky zaznamenejte do tabulky na obr. 2.
ŽÁROVKA 2
ŽÁROVKA 1 U (V)
I (mA)
U (V)
P (mW)
I (mA)
P (mW)
Obr. 2 3. Nyní zvyšte napájecí napětí PS-2 tak, aby žárovka 2 svítila stejně jasně, jako žárovka 1. Měřte napětí na žárovce 2 a proud přes ni procházející. Tyto hodnoty zaznamenejte do tabulky na obr. 2. 4. Zvyšujte postupně napětí na žárovce 1 podle tabulky na obr. 3, nastavte napětí na žárovce 2 tak, aby její svítivost byla stejná jako u žárovky 1. U každého kroku zaznamenejte proud na L1 a L2 a napětí na L2.
Ž1 U (V)
I (mA)
Ž2 P (mW)
U (V)
5
5
6
6
7
7
8
8
9
9
10
10
I (mA)
P (mW)
Obr. 3 Vraťte obě napájení na 0V a obvod odpojte. 5. Použitím vzorce P = U . I vypočítejte výkon pro každé nastavené napětí v předchozím odstavci pro žárovky L1 a L2. Zapište vypočítané výkony do tabulek na obr. 2 a obr. 3.
OTÁZKY: a) Mají žárovky stejný svit při stejném vstupním příkonu? Vysvětlete, proč to tak je nebo není. b) Považujete tento způsob měření výkonu za přesný?
Úloha 5 – Zapojení rezistorů v sérii CÍLE: Po ukončení tohoto laboratorního cvičení byste měli být schopni: 1.1 Použít multimetr jako ohmmetru pro měření rezistorů zapojených v sérii. 1.2 Měřit úbytky napětí na rezistorech zapojených v sérii. 1.3 Najít závady, jako jsou přerušené nebo zkratované rezistory v sériových obvodech. DISKUSE: Je-li několik rezistorů spojených za sebou tak, že proud prochází přes všechny bez jiné možné cesty, jsou rezistory zapojeny v sérii. U rezistorů v sérii můžeme všechny odpory nahradit jedním bez vlivu na činnost obvodu. Vzorec pro výpočet celkového náhradního odporu je: RS = R1 + R2 + R3 + ………… atd.
1. Pomocí barevného kódu určete hodnoty R5, R6, R10, R8 a R7. Pomocí multimetru změřte jejich odpory a obě hodnoty zaznamenejte do obr. l. ODPOR
BAREVNÝ KÓD (kΩ)
NAMĚŘENÁ HODNOTA (kΩ)
R5 R6 R7 R8 R9 R10 Obr. 1
2. Měřte celkový odpor rezistoru zapojených v sérii R5 a R6 podle obr. 2. Zaznamenejte výsledky a porovnejte je s vypočítanými hodnotami RS = R5 + R6. Použijte hodnot podle obr. 1.
Obr. 2
CELKOVÝ ODPOR (měřený) = .............................................................................. (vypočítaný) = ......................................................................................
3. Nyní měřte a vypočítejte celkový odpor kombinace rezistoru R7 a R8 CELKOVÝ ODPOR (měřený) = .................................................................... (vypočítaný) = .........................................................................................
4. Zapojte všechny čtyři rezistory podle obr. 3. Měřte a vypočítejte jejich celkový odpor.
Obr. 3
CELKOVÝ ODPOR (měřený) = ................................................................ (vypočítaný) = ...............................................................
OTÁZKY:
a) Souhlasí vypočítaná hodnota odporu sdružených rezistorů R5 a R6 zapojených v sérii, s naměřenou hodnotou? Pokud nesouhlasí, proč? b) Souhlasí vypočítaná hodnota odporu sdružených rezistorů R7 a R8 zapojených v sérii, s naměřenou hodnotou? Pokud nesouhlasí, proč? c) Jak se liší naměřená hodnota celkového odporu všech čtyř rezistorů zapojených v sérii od teoretické hodnoty? Je to vysvětlitelné?
Úloha 6 – Kirchhoffův zákon o napětí CÍLE: Po ukončení tohoto laboratorního cvičení byste měli být schopni: 1.1 Použít multimetr pro měření úbytků napětí v sériových obvodech. 1.2 Dokázat platnost Kirchhoffova zákona o napětí pro sériové obvody. DISKUSE: Kirchhoffův zákon o napětí říká, že algebraický součet napětí každého uzavřeného obvodu je roven nule. Pro uplatnění tohoto zákona si zvolte uzavřený obvod. Postupujte od výchozího místa uzavřeným obvodem, až se dostanete zpět na začátek. Při postupu po obvodu sčítejte napětí na každé součástce. Je-li napětí na součástce kladné, má napětí znaménko +, je-li záporné, má znaménko -. Po změření celého obvodu získáte součet napětí, který je roven nule. POSTUP:
1. Přesvědčte se, že napájecí napětí na PS-1 je nastaveno na 0V a zapojte R5, R6, R7 a R8 do sériového obvodu podle obr. l. Připojte napájení podle obr. l.
Obr. 1
2. Nastavte napájecí napětí PS-1 na 8V. POZNÁMKA: Nyní budete dokazovat Kirchhoffův zákon měřením úbytků napětí na každé součástce v uzavřeném obvodu, složeném z R5, R6, R7 a R8 a napájecího zdroje. Aby Kirchhoffův zákon platil, je nutno provádět měření vždy ve stejném směru. Postupujte ve smyslu otáčení hodinových ručiček a měření vždy provádějte s přívodem multimetru (+) na straně součástky, která je první ve směru pohybu obvodem zleva doprava. V uzavřeném obvodu začněte vlevo od R5 a pokračujte obvodem, až se vrátíte na začátek.
3. Měření začněte nastavením multimetru k měření stejnosměrného napětí. Připojte přívod multimetru (+) na levou stranu R5 a pravou stranu vpravo od R5. Měřte napětí a dávejte pozor na polaritu (+) nebo (-). Pokračujte u každého rezistoru v obvodu a vždy připojte jako první přívod měřidla (+ ). Nakonec změřte napětí napájecího zdroje (které bude mít znaménko -). Měření zaznamenejte.
NAPĚTÍ NA: R5 = .................................................... (V) NAPĚTÍ NA: R6 = .................................................... (V) NAPĚTÍ NA: R7 = .................................................... (V) NAPĚTÍ NA: R8 = .................................................... (V) NAPÁJECÍ NAPĚTÍ: ................................................. (V)
4. Algebraicky (s ohledem na + a -) sečtete 5 napětí. SOUČET NAPĚTÍ V UZAVŘENÉM OBVODU =
……………………………… (V)
5. Nastavte obě napájecí napětí na 0V. Zapojte obvod podle obr. 2 a sledujte polaritu napájení. Nastavte napájecí napětí PS-1 na 6V a napájecí napětí PS-2 na -3V.
6. Začněte na levé straně R5, pohybujte se ve směru otáčení hodinových ručiček, měřte napětí v uzavřeném obvodu na R5, R6, a R10 a napětí zdrojů PS-1 a PS-2
Obr. 2
NAPĚTÍ NA: R5 = ................................................... (V) NAPĚTÍ NA: R6 = ................................................... (V) NAPĚTÍ NA: R9 = ................................................... (V) NAPĚTÍ NA: R10 = .................................................. (V) PS-1 = .................................................................. (V) PS-2 = .................................................................. (V)
7. Algebraicky sečtěte 6 napětí a součet zaznamenejte: SOUČET NAPĚTÍ V UZAVŘENÉM OBVODU = ........................................................................... (V)
OTÁZKY: Dokazují měření a výpočty v kroku 4 Kirchhoffův zákon o napětí?
Úloha 7 – Děliče napětí CÍLE: Po ukončení tohoto laboratorního cvičení byste měli být schopni: 1.1 Vypočítat hodnotu napětí podle principu dělení napětí. 1.2 Ověřit princip dělení napětí měřením. 1.3 Odstraňovat závady děličů napětí. DISKUSE: Dělič napětí je obvod z rezistorů, použitý pro snížení vstupního napětí. Vzorec pro výpočet výstupního napětí je:
POSTUP: 1. Nastavte obě napájení na 0V. Zapojte R7 a R8 jako dělič napětí podle Obr. l.
Obr. 1 2. .............................................................................. Nastavte napájení PS-1 na 7,5V. Použijte multimetr pro měření napájecího napětí a napětí na R8. Obě měření zaznamenejte: NAPÁJECÍ NAPĚTÍ = ................................................... (V) NAPĚTÍ NA R8 = .......................................................... (V) 3. Pomocí vzorce pro dělení napětí vypočítejte teoretické výstupní napětí když R8 je výstupní odpor a R7 + R8 tvoří celkový odpor. 4. Nastavte napájecí napětí PS-1 na 0V a obvod odpojte. Zapojte obvod podle obr. 2 pro vytvoření děliče napětí se čtyřmi rezistory.
Obr. 2 5. Nastavte napájecí napětí PS-1 na 8V, měřte a zapište výstupní napětí děliče (napětí na R8). MĚŘENÉ VÝSTUPNÍ NAPĚTÍ (na R8) = ........................................................................... (V) 6. Vypočítejte výstupní napětí děliče použitím vzorce pro dělení napětí. VYPOČÍTANÉ VÝSTUPNÍ NAPĚTÍ = ...................................................................... (V) 7. Nastavte napájecí napětí na 0V a obvod odpojte. OTÁZKY: a) Souhlasí vypočítané a naměřené hodnoty výstupního napětí v krocích 2 a 3? Popište získanou přesnost. b) Souhlasí vypočítané a naměřené hodnoty u děliče napětí se čtyřmi rezistory v krocích 5 a 6?
Úloha 8 – Paralelní zapojení rezistorů CÍLE: Po ukončeni tohoto laboratorního cvičení byste měli být schopni: 1.1 Zapojit rezistory paralelně. 1.2 Použít ohmmetr multimetru pro měřeni různých paralelních obvodů. DISKUSE: Rezistory jsou zapojeny paralelně, jsou-li zapojeny mezi dvěma stejnými body v obvodu. V tom případě je na těchto rezistorech stejné napětí. Vždy je možno nahradit skupinu rezistorů jedním náhradním rezistorem. Při dvou rezistorech spojených paralelně je náhradní odpor vypočítán pomocí:
Při více než dvou rezistorech musíme tyto hodnoty převést na vodivost pomocí vztahu:
A potom použít rovnice: Gp= G1 + G2 + G3 + ……………atd. POSTUP: Potom je náhradní odpor vypočítán zpětným převedením Gp na Rp. 1. Pomocí multimetru měřte hodnoty R1, R2, a R3 a zaznamenejte je:
R1 = ……………………kΩ R2 = ……………………kΩ R3 = ……………………kΩ 2. Zapojte R1 a R2 paralelně podle obr. l. Měřte a zaznamenejte celkový odpor kombinovaných rezistorů. ODPOR REZISTORŮ R1 a R2 ZAPOJENÝCH PARALELENĚ = …………………………kΩ
Obr. 1 3. Zapojte R1 a R3 paralelně, potom R2 a R3 a měřte a zaznamenejte paralelní odpor: ODPOR PARALELNÍCH R1 a R3 = ........................................................ (kΩ) ODPOR PARALELNÍCH R2 a R3 = .......................................................... (kΩ) 4. Zapojte R1, R2 a R3 paralelně, měřte a zaznamenejte paralelní odpor. ODPOR PARALELNÍCH R1, R2 a R3 = ........................................................ (kΩ) 5. U paralelního obvodu je celkový proud roven součtu proudů v jednotlivých větvích. Zapojte R1, R2 a R3 paralelně a připojte je na napájecí svorky PS-1. Napětí nastavte na 5V. Nyní postupně měřte proud každým rezistorem a celkový proud zdroje PS-1. PROUD NA: R1 = ....................................... (mA) R2 = .................................. (mA) R3 = .................................. (mA) CELKOVÝ PROUD = ...................................... (mA) OTÁZKY: a) Použitím vzorce pro dva paralelně zapojené rezistory vypočítejte hodnotu R1 a R2. Výsledek porovnejte s hodnotou naměřenou v kroku 3. b) Vypočítejte paralelní odpor R1, R2 a R3 a srovnejte ho s hodnotou, naměřenou v kroku 4. c) Je-li paralelně k jednomu odporu připojen jiný, je výsledný paralelní odpor větší nebo menší než odpor kteréhokoliv z nich? d) Pro nastavení odporu na mírně vyšší hodnotu musíme připojit druhý rezistor paralelně nebo do série? e) Je při měřeních v kroku 5 celkový proud roven součtu jednotlivých proudů?
Úloha 9 – Kirchhoffův zákon o proudu CÍLE: Po ukončení tohoto cvičení byste měli být schopni: 1.1 Změřit proud v paralelním obvodu. 1.2 Použít hodnot naměřených v paralelním obvodu pro ověření Kirchhoffova zákona o proudu. DISKUSE: Kirchhoffův zákon o proudu říká, že algebraický součet proudů protékajících uzlem obvodu je roven nule. Použijme konvence, že proudy přitékající do uzlu budou kladné a proudy odtékající záporné. Pro ověření Kirchhoffova zákona o proudu budete měřit algebraické hodnoty všech proudů, přitékajících do uzlu obvodu. Pro měření proudů do uzlu připojte (-) svorku měřidla k uzlu a (+) svorku na vstupní vývod součástky. POSTUP: 1. Nastavte obě napájecí napětí na 0V. Zapojte obvod dle obr. l. 2. Nastavte napájecí napětí PS-1 na 6V. 3. Měřte a zaznamenejte hodnotu proudu protékajícího uzlem přes R1, R2 a R3. Všimněte si, že tyto proudy jsou záporné. Nyní měřte a zapište proud přitékající do uzlu z napájecího zdroje. Tento proud je kladný.
Obr. 1 PROUD PROTÉKAJÍCÍ: R1 = ……………………………………………….. (mA) R2 = ......................................... (mA) R3 = ......................................... (mA) PROUD PS-1 = .............................................. (mA)
4. Nastavte napájecí napětí PS-1 na 0V. Zapojte obvod dle obr. 2. Nastavte napájecí napětí PS-1 na 6V a napájecí napětí PS-2 na -3V.
Obr. 2
5. Měřte a zaznamenejte proudy tekoucí do uzlů z R1, R2, R3 a R4. Měřte a zaznamenejte proud tekoucí do uzlu z napájecího zdroje: PROUD PROTÉKAJÍCÍ:
R1 =
.................................... (mA) R2 =
.................................... (mA)
R3=
.................................... (mA)
R4 = ....................... ... ............. . (mA) PROUD PS-1 = ............................................. (mA) OTÁZKY: a)Vypočítejte celkový proud přitékající do uzlu, měřený v kroku 3. Souhlasí to s Kirchhoffovým zákonem o proudu? b)Vypočítejte celkový proud přitékající do uzlu, měřený v kroku 5. Souhlasí to s Kirchhoffovým zákonem o proudu?
Úloha 10 – Děliče proudu CÍLE: Po ukončeni tohoto laboratorního cvičeni byste měli být schopni: 1.1 Vypočítat vodivost paralelních obvodů. 1.2 Vypočítat proud použitím principu proudového děliče. 1.3 Změřit proud v paralelních obvodech a ověřit princip proudového děliče. DISKUSE: Dělič proudu je zapojení rezistorů, které snižuje vstupní proud. Vzorec pro výpočet výstupního proudu je:
POSTUP: 1. Nastavte napájecí napětí na 0V a zapojte obvod proudového děliče se třemi rezistory podle obr. l. Nastavte napájecí napětí PS-1 na 10V. 2. Vypočítejte vodivosti rezistorů Rl, R2 a R3. Sečtěte je pro získání celkové vodivosti obvodu.
Obr. 1 G1= .................................................... (mS) G2 = ................................................ (mS) G3 = ................................................ (mS) G = G1 + G2 + G3 = .............................................................. (mS) 3. Měřte proud vstupující do děliče proudu a zaznamenejte ho: Iin = ................................................ (mA) 4. Použitím vzorce z části diskuse vypočítejte výstupní proud na R1, R2 a R3. VYPOČÍTANÉ Iout R1 = ……………………………………………….
(mA)
R2 = .................................................. (mA) R3 = ................................................... (mA)
5. Ověřte výpočty měřením proudu, protékajícího všemi třemi rezistory. MĚŘENÉ Iout na R1 = ........................................................... (mA) R2 = ................................................... (mA) R3 = ................................................... (mA) Vraťte napájení na 0V a obvod odpojte. OTÁZKY: a)Jak se shodují naměřené hodnoty s vypočítanými?
Úloha 11 – Sérioparalelní obvody CÍLE: Po ukončení tohoto laboratorního cvičení byste měli být schopni: 1.1 Vypočítat náhradní odpor v sérioparalelních obvodech. 1.2 Použít ohmmetru pro měření náhradního odporu sérioparalelních obvodů. DISKUSE: Obvody složené z rezistorů mohou být převedeny na jednodušší obvody nahrazením sériových a paralelních kombinací rezistory o ekvivalentním odporu. Postup spočívá v metodickém procházení obvodu a nahrazováni sérioparalelních kombinací jedním odporem. Opakováním tohoto postupu jsou všechny paralelní a sériové kombinace eliminovány a je získán jednodušší obvod. POSTUP: 1. ........................................... Zaznamenejte si hodnoty odporů rezistorů R11, R12, R13, R14, R15, R16, R17 a R18. Hodnoty zapište. R11 = ........................................ (Ω) R12 = ........................................ (Ω) R13 = ........................................ (Ω) R14 = ........................................ (Ω) R15 = ........................................ (Ω) R16 = ........................................ (Ω) R17 = ........................................ (Ω) R18 = ........................................ (Ω) 2. Nyní vypočítejte hodnotu náhradního odporu obvodu rezistorů R11 až R14 následujícím způsobem: a)Vypočítejte náhradní odpor paralelního obvodu z R12 a R13 R12 PARALELNÍ S R13 = ...................................................... (Ω) b)Obvod nyní sestává ze sériového obvodu R11, odporu výše vypočítaného, a R14. Nyní vypočítejte hodnotu odporu tohoto obvodu: NÁHRADNÍ ODPOR OBVODU = ………………………(Ω) 3. Vypočítejte náhradní odpor obvodu rezistorů R15 až R18 následujícím postupem: a)Sdružte R16 a R18 zapojené v sérii na jeden náhradní odpor: NÁHRADNÍ ODPOR R16 a R18 = ...................................................... (kΩ) b)Tento nový odpor je paralelní s R17.Vypočítejte novou hodnotu odporu pro tuto kombinaci. R17 PARALELNÉ S VÝŠE UVEDENOU HODNOTOU = ...................................................... (kΩ) c)Tato hodnota je v sérii s R15. Vypočítejte konečnou hodnotu náhradního odporu obvodu. NÁHRADNÍ ODPOR OBVODU = ............................................. (kΩ) 4. Měřte náhradní odpor obvodu rezistorů R11 až R14:
NÁHRADNÍ ODPOR = ............................................ (kΩ) 5. Měřte náhradní odpor obvodu rezistorů R15 až R18: NÁHRADNÍ ODPOR = ............................................ (kΩ)
