ВВЕДЕНИЕ
Настоящие методические указания предназначены для студентов, выполняющих лабораторные работы по курсу «Электротехника и электроника».
В процессе проведения работ студенты должны научится пользоваться электроизмерительными приборами, приобрести навыки в проведении экспериментальных исследований электрических цепей, получить опытное подтверждение основных законов электротехники, анализировать результаты, полученные в процессе работы.
Все лабораторные работы выполняются бригадами из двух-трех человек после изучения соответствующего материала, изложенного на лекции и в методических указаниях.
На первом занятии студенты знакомятся с устройством лабораторных стендов и с правилами работы в лаборатории в соответствии с инструкцией по технике безопасности, после чего каждый студент расписывается в журнале по технике безопасности.
Перед началом лабораторной работы студент должен уяснить цель работы, ознакомиться с теоретическими основами изучаемых процессов, ответить на контрольные вопросы, приведенные после описания каждой лабораторной работы.
Для определения расчетных величин приводятся соответствующие формулы. Исходные данные, необходимые для проведения лабораторных работ, содержатся в описаниях по отдельным лабораторным работам.
Электрические схемы собираются в определенной последовательности. Сначала, посредством соединительных проводов, собирается главная цепь, содержащая источник питания, пассивные элементы, амперметры и токовые катушки ваттметров. Вспомогательные цепи (соединительные провода от вольтметров и катушки напряжения ваттметров) присоединяются в последнюю очередь.
При сборке разветвленных цепей сначала собирается один контур, а затем к узловым точкам присоединяются остальные ветви. После проверки преподавателем правильности сборки схемы, бригада студентов приступает к измерениям.
Включение электрической схемы под напряжение без разрешения преподавателя не допускается!
После включения цепь необходимо опробовать, т.е. проверить все намеченные планом работы режимы (без записи показаний приборов), затем вторично получить все исследуемые режимы работы цепи, произвести измерения и записать показания приборов в таблицы.
Графики и кривые строятся по точкам, полученным расчетным или экспериментальным путем с помощью вычислительной среды Mathcad или Excel. Изображения процессов, полученные с помощью осциллографа, переносятся в отчет (кнопка Print Screen, далее вставить в Paint, вырезать нужную часть экрана, копировать и вставить в отчет)
Не разбирая электрическую цепь, бригады студентов предъявляют свои протоколы преподавателю.
Работа № 1. Электроизмерительные приборы и измерение
основных электрических величин
Цель работы – ознакомление с электроизмерительными приборами, способами их включения, а также измерение основных электрических величин.
Программа работы
1. Определение типа, пределов измерения, цены деления, класса точности аналоговых измерительных приборов.
2. Измерение напряжений, токов и мощностей в цепях постоянного тока.
3. Определение сопротивлений по законам Ома и Джоуля-Ленца с помощью приборов.
Общие положения
Измерением называется процесс нахождения опытным путем значения физической величины с помощью специальных технических средств. Электроизмерительные приборы широко используются при наблюдении за работой электроустановок, при контроле за их состоянием и режимами работы, при учете расхода и качества электрической энергии, а также при ремонте и наладке электротехнического оборудования.
Наибольшее распространение получили аналоговые приборы непосредственной оценки, которые классифицируют по следующим признакам: род тока (постоянный или переменный), род измеряемой величины (ток, напряжение, мощность, сдвиг фаз), принцип действия (магнитоэлектрические, электромагнитные и ферродинамические), класс точности и условия эксплуатации.
Для расширения пределов измерения электрических приборов на постоянном токе используют шунты (для тока) и добавочные сопротивления (для напряжения). На переменном токе используют трансформаторы тока и напряжения.
Измерение напряжения выполняют вольтметром, подключаемым непосредственно на зажимы исследуемого участка электрической цепи.
Измерение тока осуществляют амперметром, включая его последовательно с элементами исследуемой цепи.
Измерение мощности и сдвига фаз в цепях переменного тока производят с помощью ваттметра и фазометра. Эти приборы имеют две обмотки: неподвижную токовую, которую включают последовательно, и подвижную обмотку напряжения, включаемую параллельно.
На лабораторных стендах напряжение, сопротивление и ток можно измерить либо мультиметром, либо с помощью преобразователя и компьютера. Мощность, сдвиг фаз, сопротивление участка электрической цепи вычисляют на компьютере по показаниям двух приборов - амперметра и вольтметра, подключенных к соответствующему участку цепи.
Цена деления прибора представляет собой значение измеряемой величины, вызывающей отклонение стрелки прибора на одно деление, и определяется зависимостями:
; 
.
Электрической цепью называется совокупность устройств, (источник, приемник и промежуточные звенья - провода и аппараты), предназначенных для прохождения электрического тока.
Графическое изображение цепи представляет собой электрическую схему.
Источниками электрической энергии являются устройства, в которых происходит процесс преобразования в электрическую энергию других видов энергии (химической, тепловой, механической). Мгновенные значения напряжения и тока 
характеризуют режим работы устройства и называются параметрами режима или характеристиками режима.
Сопротивление R (Ом), индуктивность L (Гн), ёмкость C (Ф) составляют группу пассивных элементов и являются основой всех электротехнических устройств.
Сопротивлением называется элемент электрической цепи, в котором происходит необратимый процесс преобразования электрической энергии в тепловую. Для практических расчетов в линейных электрических цепях величину R принимают постоянной, а зависимость напряжения от силы тока на сопротивлении (вольт-амперная характеристика) - линейной.
Закон Ома: 
, 
, 
.
Энергия, выделяемая на сопротивлении R при протекании по нему тока I, пропорциональна произведению квадрата силы тока и величины сопротивления.
Закон Джоуля-Ленца: 
(Дж) или (Вт×с).
Порядок выполнения работы
1. Определить и записать в табл. 1 технические характеристики предложенных преподавателем настольных электроизмерительных приборов.
Таблица 1
| № | Наименование прибора | Тип, система | Пределы измерения (макс, мин.) | Цена деления | Класс точности |
| Амперметр | |||||
| Вольтметр | |||||
| Ваттметр |
2. 
Собрать цепь с активным сопротивлением (рис.1) и подключить ее к источнику нерегулируемого постоянного напряжения.
3. Произвести измерения тока, напряжения и сопротивления мультиметром.
В режиме вольтметра подключить выходы «com» и «V» мультиметра параллельно резистору, выставить соответствующий предел измерений на шкале со значком «=V». В режиме амперметра подсоединить выходы «com» и «A» мультиметра последовательно с резистором, выставить соответствующий предел измерений на шкале со значком «=А».
При использовании мультиметра в качестве омметра, отключить источник питания схемы и подсоединить выходы «com» и «Ω» параллельно резистору. Выставить необходимый предел измерений на шкале со значком «Ω» режима омметра. Полученные данные занести в табл.2.
Таблица 2
| U, B | I, мA | R, Ом |
4. Произвести измерения тока, напряжения, мощности и сопротивления приборами. Полученные данные занести в табл.3.
Вычислить ток и мощность в цепи по номинальным значениям напряжения источника и сопротивления. Определить величину сопротивления по выражению 
и сравнить с измеренным по табл.2.
4. Произвести расчет сопротивления по закону Ома и Джоуля-Ленца. Сравнить показания.
Таблица 3
| U, B | I, мA | P, мВт | R, Ом | R = U/ I | R = P/ I2 |
5. Переключить цепь на источник регулируемого постоянного напряжения. Задаваясь рядом напряжений снять показания приборов и занести их в табл. 4.
Таблица 4
| U, B | ||||||||
| I, мA |
6. Построить график зависимости напряжения от тока U = f (I).
Контрольные вопросы
1. К какой системе относятся приборы для измерения только на постоянном токе?
2. Какая из обмоток ваттметра включается в электрическую цепь последовательно, а какая параллельно?
3. Что обозначает класс точности прибора?
4. Какие приборы используются для расширения пределов измерения напряжения и тока?
5. Какими приборами измеряются: ток, напряжение и мощность? Как они включаются в цепь?
6. Зависит ли исследуемое сопротивление R от величины тока?
Работа № 2. Последовательное, параллельное и смешанное
соединения элементов на постоянном токе
Цель работы – изучение способов включения элементов электрических цепей, экспериментальная проверка законов Кирхгофа на постоянном токе.
Программа работы
1. Последовательное соединение элементов. 2-ой закон Кирхгофа.
2. Параллельное соединение элементов. 1-ый закон Кирхгофа.
Общие положения
В электрической схеме соединения элементов образуют ветви, узлы, контуры.
Ветвь образуется одним или несколькими последовательно соединенными элементами, по которым протекает один и тот же ток.
Узел - место соединения 3-х или большего числа ветвей.
Контур - любой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям в электрической схеме.
Ветви, присоединенные к одной паре узлов, называются параллельными.
Законы электрических цепей
1. Первый закон Кирхгофа - закон баланса токов в узле: «Алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна 0: 
= 0.
Электрический заряд в узле не накапливается ».
2. Второй закон Кирхгофа: «Алгебраическая сумма ЭДС источников питания в любом контуре равна алгебраической сумме падений напряжения на пассивных элементах этого контура».
.
Режим постоянного тока
При постоянном токе в электрической цепи отсутствует явление самоиндукции, и напряжение на катушке индуктивности определяется только величиной падения напряжения на активном сопротивлении.
Если рассматривать конденсатор как идеальную емкость, то в цепи постоянного тока эта ветвь равносильна разомкнутой.