УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ЛАБОРАТОРНЫЙ СТЕНД
MULTIPURPOSE LABORATORY BENCH

Изобретение относится к области электроники, электротехники и атомной физики и может быть использовано при проведении лабораторных работ и научных исследований в указанной области.
Известен стенд (лабораторный комплекс ЛКЭ - 5М «электромагнитные явления») для выполнения лабораторных работ «Электричество» в физическом практикуме вузов, колледжей, физико-математических лицеев и школ (Научно-технический центр ВЛАДИС. - Москва, 1999. 14 с.).
Недостатком стенда является его ограниченная возможность в проведении лабораторных работ, то есть он позволяет производить лабораторные работы только по ограниченному числу тем, а именно по темам курса «Электричество».
Задачей изобретения является расширение возможностей стенда в проведении лабораторных работ, включая работы по другим темам в области электроники и атомной физики.
Необходимый технический результат достигается тем, что в известном стенде для изучения электроники, электротехники и физики, включающем основание, источник электрического питания, функциональный генератор сигналов, мультиметр, физическую схему с необходимыми элементами и соединительные кабели, основание выполнено наклонным, функциональный генератор снабжен частотомером, источник питания выполнен в виде двух регулируемых источников, гальванически не связанных друг с другом, стенд снабжен вторым мультиметром и нерегулируемыми стабилизированными источниками питания, а физические схемы с необходимыми для опытов элементами смонтированы на съемных картриджах, снабженных специализированными разъемами для подключения схем к нерегулируемым стабилизированным источникам питания, и имеет звуковой тест соединения схемы.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 приведен внешний вид универсального лабораторного стенда, на фиг.2 - генератор функциональный и частотомер, на фиг.3 - два регулируемых источника питания, на фиг.4 - мультиметр, на фиг.5 - панель индикации и управления пятью нерегулируемыми стабилизированными источниками питания, на фиг.6 - вид картриджа со схемой лабораторной работы.
На чертежах приняты следующие обозначения:
1 - генератор и частотомер;
2 - место установки картриджей;
3 - два регулируемых источника питания;
4, 6 - мультиметры;
5 - панель индикации и управления внутренними источниками питания;
7 - индикатор частоты;
8 - индикатор напряжения;
9 - переключатель режима частотомера;
10 - клеммы для подключения сигнала для измерения частоты от внешнего источника;
11 - переключатель множителя частоты;
12 - переключатель вида формы сигнала;
13 - потенциометр плавной регулировки частоты;
14 - клемма для снятия сигнала с генератора;
15 - регулятор амплитуды выхода;
16 - общая клемма;
17 - кнопка запуска формирователя одиночного импульса;
18 - клемма для снятия сигнала с формирователя одиночных импульсов;
19 - регулятор длительности импульса;
20 - переключатель полярности сигнала;
21 - переключатель режима формирования импульса «одиночный/серия»;
22 - выход питания, клеммы «+» и «-»;
23 - индикатор тока/напряжения;
24 - регулятор напряжения;
25 - включатель подачи питания;
26 - переключатель выводимых величин ток/напряжение на индикатор;
27 - индикатор;
28 - кнопка заморозки показаний;
29 - переключатель функций и диапазонов;
30 - гнездо для измерения емкости;
31 - гнездо подключения транзистора;
32 - клемма для измерения больших токов;
33 - клемма для измерения токов до 200 мА;
34 - общая клемма;
35 - клемма для измерения напряжения и сопротивления;
36 - индикатор включения;
37 - тумблер включения.
Приборы, составляющие стенд, размещены на наклонном основании, что создает удобства при проведении лабораторных работ.
Функциональный генератор и частотомер совмещены на одной панели в верхнем левом углу стенда 1 (фиг.1). Генератор вырабатывает напряжение прямоугольной, треугольной и синусоидальной форм, форма импульса выбирается переключателем 12 (фиг.2) с частотой от 1 Гц до 500 кГц. Значения напряжения выхода, (амплитудное значение) регулируется в пределах 0-10 В ± 10% ручкой 15 «АМПЛИТУДА ВЫХОДА» и отражается на трехсегментном светодиодном индикаторе 8 с точностью 0,1 В. Снимается сформированный генератором сигнал с клемм 16 «⊥» и 14 «ВЫХ, F». Индикатор отображает амплитудное значение выходного сигнала генератора. Для задания частоты на панели имеется переключатель 11 «МНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ» с пределами ·1; ·10; ·100; ·1000; ·10000; ·100000 и потенциометр плавной регулировки в каждом диапазоне 13 «ЧАСТОТА F». В состав генератора также входит формирователь одиночных импульсов (ФОИ) прямоугольной формы, с уровнями ТТЛ (5 В±5%) и регулируемой длительностью 0,5 мкс до 50 мс, коэффициент погрешности менее 5%, выходное сопротивление 100 Ω. При нажатии на кнопку 17 «ИМПУЛЬС» на выходе 16, 18 формируется импульс, длительностью равный длительности импульсов, формируемых генератором. Полярность импульса можно выбирать с помощью переключателя 20, а режим одиночного импульса или серии импульсов выбирается переключателем 21. Регулятор 19 меняет длительность импульса от 100% до 5% номинальной.
Частотомер работает в двух режимах измерения, выбираемых переключателем 9 (фиг.2): внутреннее - измерение частоты сигнала, вырабатываемого генератором; внешнее - измерение частоты внешнего сигнала, подключенного через клеммы 10 «ВХ» и «⊥». Результат измерений выводится на четырехсегментный светодиодный индикатор 7 «ЧАСТОТА, KHz» в килогерцах, диапазон измеряемых частот от 1 Гц до 10 МГц, амплитуда сигнала от 0,1 В до 10 В.
Два регулируемых источника питания 3 (фиг.1) совмещены на одной панели и располагаются в верхнем правом углу стенда. Оба источника идентичны и гальванически не связаны. С правой стороны источника питания находится ручка 24 (фиг.3) регулировки величины выходного «НАПРЯЖЕНИЯ», под ней находится тумблер переключения режима измерения 26 в верхнем положении выходного напряжения «U, В», в нижнем положении выходного тока источника «I, мА». Лабораторный источник обеспечивает регулируемое выходное напряжение постоянного тока в пределах (1 В-30 В ± 20%), и максимальный ток источника равен (500 мА ± 20%). Источник имеет защиту от превышения максимального тока и короткого замыкания с подачей звукового сигнала в каждом из указанных случаев. В середине панели источников находится табло с жидкокристаллическим индикатором 23 для индикации выводимого на выходные клеммы 22 «+» и «-» напряжения и тока (0-30 В и 0-500 мА) в соответствии с положением переключателя 26 «U, В»/«I, мА». На источнике имеется выключатель выхода 25, предназначенный для отсоединения источника от питаемой схемы без разрыва соединений.
На стенде расположены два мультиметра (внизу стенда справа 4 и слева 6 на фиг.1), предназначенные для измерения основных величин (постоянного и переменного напряжений, постоянного и переменного токов, сопротивлений и емкостей). На стенде могут быть установлены мультиметры четырех типов: 9201, 9202, 9205 и 9208.
Дополнительно к двум регулируемым источникам питания на стенде установлены пять стабилизированных источников питания. Они предназначены для внутрисхемного питания картриджей и подключаются к ним через специализированный разъем (на чертежах не показан). В нижней части стенда находится панель индикации и управления стабилизированными источниками питания 5 (фиг.1). Каждый источник имеет свой тумблер включения 37 (фиг.5) и светодиод 36, информирующий о включении источника.
Пример. Выполнение на стенде лабораторной работы по исследованию полупроводниковых диодов и стабилитронов. Учебные цели: закрепить знания, полученные на лекционных занятиях; снять и проанализировать вольтамперные характеристики германиевого и кремниевого диодов, стабилитронов; определить по характеристикам параметры диодов; научиться определять исправность диодов. В лабораторной работе используется описанный выше универсальный лабораторный стенд, картридж с универсальной электрической схемой для снятия вольтамперных характеристик (ВАХ) диодов и стабилитронов, представленный на фиг.6, и соединительные кабели. Отключили все источники на стенде и установили картридж на стенд. Вывели все регуляторы на картридже в крайнее левое положение и включили стенд. На правом мультиметре 4 (фиг.1) переключателем 29 (фиг.4) выбрали предел «V-2» и соединили кабелями клеммы 34 «СОМ» - «К21» и 35 «V» - «К20» (фиг.4 и 6), данный прибор будет выполнять функцию вольтметра. На левом мультиметре 6 (фиг.1) переключателем 29 (фиг.4) выбрали предел «А - 200m» и соединили кабелями клеммы 34 «СОМ» - «К18» и 33 «А» - « К19» (фиг.4 и 6), данный прибор будет выполнять функцию миллиамперметра. В качестве источников питания используются (фиг.5 и 6): «Источник 3» 1 В (для снятия прямой характеристики) и «Источник 7» 100 В (для снятия обратной характеристики). Для снятия ВАХ диода присоединили диод к клеммам «К20» и «К21», соблюдая полярность. Для снятия прямой характеристики включили «Источник 3» и, вращая переменный резистор «R5», сняли данные прямого тока и соответствующие им данные прямого напряжения и занесли их в таблицу. После завершения отключили источник питания и вывели переменный резистор в крайнее левое положение. Для снятия обратной ветви ВАХ на левом мультиметре переключателем выбрали предел «А - 2m», а на правом «V - 200». Включили «Источник 7» и, вращая переменный резистор «R3», сняли данные обратного напряжения и обратного тока и занесли их в таблицу. После завершения отключили питание и вывели переменный резистор в крайнее левое положение. По полученным данным построили ВАХ диода и по характеристикам определили прямое падение напряжения, ток при обратном подключении напряжения, прямое сопротивление диода и обратное сопротивление диода. Исправность полупроводниковых диодов проверили с помощью омметра, измеряя прямое и обратное сопротивления. Если прямое сопротивление диода имеет величину десятки-сотни Ом, а обратное - сотни кОм-МОм - диод исправен. Аналогичным образом произвели снятие и анализ ВАХ стабилитрона и рассчитали по известной формуле дифференциальные сопротивления стабилитрона, используя полученную при проведении опыта ВАХ стабилитрона.
Именно благодаря тому, что на наклонном основании стенда размещены функциональный генератор, снабженный частотомером, источник питания, выполненный в виде двух регулируемых источников, гальванически не связанных друг с другом, второй мультиметр и нерегулируемые стабилизированные источники питания, а физические схемы с необходимыми для опытов элементами смонтированы на съемных картриджах, имеющих специализированный разъем для подключения схем к нерегулируемым стабилизированным источникам питания и снабжены звуковым тестом соединения схемы, расширяются возможности стенда в проведении лабораторных работ, включая работы в области электроники и атомной физики.