آزمایشگاه مبانی مهندسی برق

اساتید مربوطه:  دکتر صالحه پورشیخعلی
کارشناس مربوطه: مهندس اسلام دادگر
نوع آزمایشگاه: آموزشی

 

الف)   معرفی کلی آزمایشگاه مبانی مهندسی برق

 

 

 

هدف از این آزمایشگاه آشنایی دانشجویان رشته های مهندسی دریانوردی و مهندسی مکانیک با مفاهیم اصولی و پایه ای مهندسی برق از طریق انجام آزمایش های ساده می باشد. بدین منظور ابتدا دانشجویان با عناصر مداری مورد نیاز در این درس و همچنین دستگاه های موجود در آزمایشگاه و طرز کار با آنها آشنا خواهند شد و در مدارهای ساده به تحقیق برقراری قوانین اساسی حاکم بر مدارهای الکتریکی می پردازند. بعد از آن، با انجام آزمایش های مختلف به بررسی انواع فیلترها شامل فیلترهای بالاگذر، پایین گذر و میان گذر پرداخته می شود. سپس، دیودها و نحوه بدست آوردن منحنی مشخصه آنها بررسی خواهد شد و دانشجویان به بررسی و مشاهده عملکرد مدارهای دیودی به صورت یکسوساز نیم موج و تمام موج می پردازند. همچنین، دیود زنر و نحوه استفاده از آن به عنوان تثبیت کننده ولتاژ در خروجی یکسوساز و در مدارهای محدودکننده ولتاژ را از طریق انجام آزمایش های ساده بررسی می نمایند.

 

ب) تجهیزات موجود


مهم ترین تجهیزات مورد استفاده در آزمایشگاه مبانی مهندسی برق به شرح ذیل می باشد:

 

1- اسیلوسکوپ:

2- فانکشن ژنراتور:

 

3- منبع تغذیه DC:

4- برد بورد:

 

 

5-ولت متر، اهم متر، آمپرمتر، مجموعه مقاومت، سلف، خازن و دیود.


ج‌)    آزمایش های ارائه شده


1.    در ابتدا دانشجویان با عناصر مداری مختلف شامل مقاومت، سلف، خازن و دیود که در این درس با آن سروکار دارند و نیز انواع آنها آشنا می شوند. همچنین در مورد روش هایی که از طریق آنها می توانند مقدار قطعاتی نظیر مقاومت و خازن را تعیین نمایند توضیحاتی ارائه می شود و انجام تست های اولیه ای که به کمک آنها می توانند از سالم بودن قطعه اطمینان حاصل کنند به آنها آموزش داده می شود.


2.    با توجه به این که اسیلوسکوپ یکی از اساسی ترین دستگاه های اندازه گیری کمیت های الکتریکی است، در آزمایش دوم هدف آشنا ساختن دانشجویان با اسیلوسکوپ، تنظیم و نحوه کار با آن است که با انجام آزمایش هایی نظیر اندازه گیری دامنه، دوره تناوب یک موج سینوسی، اندازه گیری اختلاف فاز دو موج سینوسی هم فرکانس و نیز اندازه گیری فرکانس موج مجهول تحقق می یابد.


3.    در آزمایش سوم به تحقیق برقراری قوانین اساسی حاکم بر مدارهای الکتریکی شامل قانون جریان و ولتاژ از طریق تشکیل مدارهای ساده بر روی برد بورد و اندازه گیری کمیت های الکتریکی در آن مدارها پرداخته و موضوع تقسیم جریان و ولتاژ در مدارهای مقاومتی بررسی می گردد.

    
4.    در آزمایش چهارم انواع فیلترها به دانشجویان معرفی شده و با بستن مدار RC، عملکرد آن را به صورت  فیلتر پایین گذر مشاهده می نمایند. همچنین با تغییر مقادیر مقاومت های به کار رفته در مدار RC، به بررسی نحوه کار انتگرال گیر می پردازند.

    
5.    در ادامه مبحث معرفی انواع فیلترها، در آزمایش پنجم نحوه استفاده از یک مدار RC به عنوان فیلتر بالاگذر و همچنین تبدیل آن به مدار مشتق گیر از طریق تغییر مقادیر عناصر مداری مورد بررسی قرار می گیرد. 

     
6.    در آزمایش ششم، هدف بررسی پاسخ فرکانسی مدار RLC سری و مشاهده عملکرد این مدار به صورت فیلتر میان گذر می باشد. دانشجویان با بستن مدار RLC سری و تنظیم مقدار ورودی مدار بر روی فرکانس تشدید، که آن را از طریق رابطه محاسبه کرده اند، مشاهده خواهند کرد که در حالت تشدید، اختلاف فاز بین ورودی و خروجی صفر و در نتیجه مقدار جریان مدار ماکزیمم می شود. همچنین، با اندازه گیری افت ولتاژ دو سر مقاومت در فرکانس-های مختلف، به ترسیم منحنی مشخصه مدار می پردازند که با کمک آن نیز می توانند فرکانس تشدید، باند عبور و پارامتر کیفیت مدار را بدست آورند.

 
7.    مشاهده پاسخ حالت گذرای مدارهای RC، RL و RLC و نیز نحوه اندازه گیری ثابت زمانی مدارهای RC و RL در آزمایش هفتم صورت می گیرد. همچنین، با توجه به این که بنا به مقادیر R، L و C، پاسخ گذرای مدارات RLC سری می تواند به صورت فوق بحرانی، میرایی بحرانی و یا نوسانی میرا باشد، طی آزمایش های مختلف این خروجی ها را مشاهده و به اندازه گیری فرکانس نوسانات می پردازند.


8.    در آزمایش هشتم هدف آشنایی با دیود و طرز کار آن در بایاس مستقیم و معکوس و همچنین رسم منحنی مشخصه دیود در دو حالت ذکر شده می باشد. بدین منظور دانشجویان با تشکیل مداری که از مقاومت و دیود تشکیل شده، با افزایش ولتاژ ورودی جریان مدار را اندازه گیری نموده و با توجه به آن منحنی مشخصه دیود را در دو حالت بایاس مستقیم و معکوس بدست می آورند.

 
9.    با توجه به این که یکی از کاربردهای مهم دیودها در یکسوسازی ولتاژ ورودی است، در آزمایش نهم با بستن مدار یکسوسازهای نیم موج و تمام موج و اندازه گیری خروجی با استفاده از اسیلوسکوپ، یکسوشده موج ورودی در خروجی مشاهده می شود. همچنین، با اضافه نمودن خازن های مختلف در خروجی مدار یکسوساز، به بررسی کاهش ریپل در شکل موج خروجی پرداخته می شود. 

 
10.    در آزمایش دهم دانشجویان با دیود زنر و کاربرد آن به عنوان تثبیت کننده ولتاژ آشنا می گردند. بدین منظور با بستن مداری شامل مقاومت و دیود زنر و اندازه گیری ولتاژ دو سر دیود به ازای جریان های مختلف، منحنی مشخصه دیود زنر را در بایاس معکوس بدست می آورند. سپس، با به کار بردن دیود زنر در خروجی مدارهای یکسوساز به مشاهده ولتاژ تثبیت شده خروجی پرداخته و مقدار ریپل آن را اندازه گیری نموده و اثر مقادیر مختلف مقاومت در مقدار ریپل را بررسی می کنند.


11.    با توجه به این که یکی دیگر از کاربردهای دیود زنر استفاده از آن در مدارهای محدودکننده ولتاژ است، در آزمایش یازدهم دانشجویان می آموزند چگونه با استفاده از مدارات مختلف دیودی می توانند سطح ولتاژ خروجی مدار را در سطوح موردنظر مثبت و منفی محدود نمایند.


12.    با در نظر گرفتن این موضوع که مقدار امپدانس داخلی منبع ولتاژ تأثیر زیادی در ولتاژ ظاهر شده به دو سر بار دارد، در آزمایش دوازدهم هدف اینست که دانشجویان بتوانند مقاومت داخلی منابع ولتاژی که مورد استفاده قرار می دهند را تعیین نمایند.