II. Исследование цифрового реле времени на двоичном счетчике.

1. Ознакомиться с блоком №6.

2. К гнездам Х1 и Х3 блока подать постоянное напряжение 5В.

3. Включить тумблер «Сеть».

4. Нажатием кнопки SB2 установить счетчик в нулевое состояние: на выходах счетчика 1-2-4-8 и соответствующих входах дешифратора DC светодиоды не горят, и цифровой индикатор на выходе дешифратора DC показывает «0».

5. Нажатием кнопки SB1 подать импульс на вход счетчика, при этом должен загореться светодиод на его входе.

6. Состояния выходов счетчика фиксировать по состоянию светодиодов и заносить их в таблицу.

7. Состояния цифрового индикатора также фиксировать для каждого состояния счетчика и заносить их в таблицу.

8. Подавая на вход счетчика импульсную последовательность многократным нажатием кнопки SB1, заполнить таблицу.

 

 

Таблица состояний счетчика:

 

№ импульса на входе счетчика	Состояния выходов счетчика	Состояния цифрового индикатора
	Х4	Х5	Х6	Х7
…

 

 

9. По данным таблицы построить временные диаграммы работы счетчика.

10. По полученным результатам сделать вывод о работе счетчика как цифрового реле времени.

 

 

Контрольные вопросы:

1. Какие элементы называются логическими?

2. Какую операцию выполняет логический элемент И-НЕ?

3. Изобразить условное обозначение и привести таблицу истинности любого (по указанию преподавателя) логического элемента.

4. Какое применение нашли логические элементы?

5. На какой микросхеме выполняется исследуемый четырехразрядный двоичный счетчик?

6. Какие типы триггеров применяются для построения счетчиков?

7. Каково назначение входа R у счетчика?

8. Почему счетчики называют суммирующими?

9. Почему счетчики можно использовать в качестве делителей частоты? Можно ли для этого использовать один триггер?

10. От чего зависит время выдержки у цифрового реле времени на счетчике?

 

Лабораторная работа 11 и 12: Исследование магнитных усилителей.

Цель работы:

1. Закрепить теоретические знания по принципу действия
магнитных усилителей.

2. Снять и построить статические характеристики магнитных
усилителей без обратной связи и с обратной связью и по ним определить особенности исследуемых магнитных усилителей.

 

Используемые приборы:

1. Комбинированный прибор М92А - 2шт.

2. Магнитный усилитель ТУМ

3. Провода одинарные - 10шт.

4. Провода двойные - 1шт.

 

Теоретическая часть:

Магнитный усилитель (МУ) представляет собой статическое электромагнитное устройство, состоящее из сердечника и наложенных на него обмоток. Магнитные усилители имеют большое и разнообразное применение. Они применяются как в точных измерительных устройствах мощностью в несколько долей ватта, так и в схемах автоматического управления крупными установками и машинами, такими, например, как конвейерные, подъёмные. В измерительной технике они применяются в схемах автоматической компенсации измеряемой величины, для усиления слабых термо-Э.Д.С., фототоков и сигналов от тензометрических датчиков и другие. Магнитные усилители применяют для управления двигателями постоянного и переменного токов в следящих системах, в системах релейной зашиты и сигнализации, сортировочных автоматах, вычислительных машинах и счетно-решающих приборах, автопилотах и других устройствах.

Широкое и разнообразное применение магнитных усилителей обусловлено целым рядом их достоинств, из которых главными являются:

1. Высокая надёжность. Объясняется это тем, что магнитные усилители статические устройства, т.е. не имеют подвижных частей и механически прочны. Они способны работать в широком диапазоне изменения температуры, влажности, давления, не требуют систематического надзора; взрыво- и пожаробезопасны, так как лишены источников искрения и элементов с высокой температурой (вроде нити накаливания);

2. Неограниченный срок службы, простота эксплуатации, надёжность работы в условиях толчков и вибраций;

3. Немедленная готовность к работе после включения, так как у МУ отсутствует пусковой привод как, например, у электронного усилителя, где требуется время разогрева;

4. Возможность усиления очень слабых сигналов постоянного тока; МУ способны усиливать сигналы до 10^-19 Вт;

5. Возможность питания непосредственно от сети переменного тока промышленной частоты (здесь не требуется выпрямитель питания, как у электронного усилителя);

6. Простота суммирования большого числа входных сигналов;

7. Неограниченная выходная мощность; имеются усилители, изготовленные на мощность в сотни тысяч киловатт;

 

8. К. П. Д. значительно выше, чем у электронно-ионных усилителей.

Дело в том, что управление током в нагрузке происходит за счёт
изменения индуктивного сопротивления рабочих обмоток, в
которых отсутствуют потери (например, в цепях накала электронных
ламп). Потери имеются только в активном сопротивлении рабочей
обмотки и в выпрямителях. В то же время в электронных усилителях
управление током в нагрузке осуществляется за счёт изменения
активного большого внутреннего сопротивления лампы;

9. Большой коэффициент усиления по мощности, который достигает в одном каскаде величин 10³ – 10⁶;

10. Незначительная инерционность (десятые доли секунды) при достаточно высоком значении коэффициента усиления;

11. Возможность создания бесконтактных систем автоматического управления, отличающихся высокой надёжностью;

12. На высоких частотах, начиная примерно от 400Гц и выше,
большая лёгкость и портативность по сравнению с электронными усилителями;

13. Постоянство в процессе эксплуатации характеристик магнитных усилителей; они мало изменяются при колебаниях окружающей температуры и напряжения сети (10%)

Существенным недостатком магнитных усилителей является значительная инерционность (по сравнению с электронными усилителями), которая растёт с увеличением мощности усилителя.

Принцип действия магнитного усилителя основывается на использовании зависимости индуктивности катушки с ферромагнитным сердечником от величины подмагничивающего тока, создаваемого управляющим (входным) сигналом. Как известно, ферромагнитные материалы обладают нелинейной зависимостью магнитной индукции B от напряженности поля H.

В основном в магнитных усилителях применяются магнитомягкие материалы, имеющие очень узкую петлю гистерезиса, что позволяет при анализе зависимость B=F(H) считать безгистерезисной и заменять её средней петлёй намагничивания.

Чтобы уяснить принцип действия магнитного усилителя, рассмотрим ферромагнитный замкнутый сердечник, на котором нанесены две обмотки: W_y - управляющая; W_P - рабочая;(или обмотка переменного тока). На управляющую обмотку подаётся сигнал U_y, подлежащий усилению. Последовательно с рабочей обмоткой включена нагрузка R_н, являющаяся выходом усилителя. Цепь рабочей обмотки получает питание от источника напряжения переменного тока, например 50 Гц. При включении магнитного усилителя его сердечник подвергается одновременно намагничиванию двумя полями: постоянным, созданным током I_у, протекающем в обмотке W_y, и переменным, созданным током I _н в обмотке W_p.

Если принять сопротивление рабочей обмотки чисто индуктивным Х_р, а ток - близким к синусоидальному, то ток в нагрузке:

 

I_н=U_c/√R_н²+X_р²=U_c/√R_н²+(ωL_p) ²

 

Так как R_н=ωL_p, то

I_н=U_c/(ωL_p), (1)

Где U_c - напряжение сети; ωL_p – индуктивное сопротивление рабочей обмотки; ω- угловая частота питания рабочей цепи;

 

L_p=4п*10^-7ω_p²S_c μ _д/L_c, (2)

Где S_c - площадь поперечного сечения сердечника;

L_c - средняя длина пути магнитного потока в сердечнике;

μ _д - динамическая (или действующая) магнитная проницаемость материала сердечника для переменой составляющей магнитного поля;

μ _д=B/(μ ₀H) (3)

Где μ _д=4п*10^-7 Г/м - магнитная проницаемость воздуха. Так как с ростом постоянной составляющей магнитной индукции В₀ величина В остаётся неизменной, а Н растёт, то проницаемость сердечника μ и индуктивность L_р рабочей обмотки W_р уменьшаются при подмагничивании сердечника постоянным магнитным полем.

 

 

Кривая намагничиванияПростейший МУ

Из формул (1) и (2) следует, что при неизменном U_c ток в цепи нагрузки I_н может быть увеличен только за счёт уменьшения магнитной проницаемости μ _д для переменной составляющей магнитного поля, так как остальные параметры, входящие в данную формулу, не изменяются. Этого можно достичь за счёт увеличения постоянного подмагничивающего поля в сердечнике, снижающего магнитную проницаемость для переменного магнитного поля. Если в цепи обмотки дросселя W_Р включено нагрузочное сопротивление R_h, то при изменении тока I_н будет изменяться и падение напряжения на нём. Это изменение напряжения можно использовать как выходной сигнал. Мощность, выделяемая в нагрузочном сопротивлении, может во много раз превышать мощность, расходуемую в управляемой обмотке, т.е. схема обладает усилительными свойствами и её можно рассматривать как простейший дроссельный магнитный усилитель.

 

Рис. 17. Схема исследования однотактного Рис. 18. Схема исследования магнитного магнитного усилителя. усилителя с обратной связью.

 

Порядок выполнения работы: