Методические указания к циклу лабораторных работ по «Электронике» Томск 2008 (стр. 1 из 6)

федеральное агентстВО по ОБРАЗОВАНИю РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Лабораторные работы

по аналоговой

электронике

в программно-аппаратной

среде NI ELVIS

Э.И. Цимбалист, С.В. Силушкин

Введение в NI ELVIS

Методические указания

к циклу лабораторных работ

по «Электронике»

Томск 2008

УДК

Лабораторные работы по аналоговой электронике в программно-аппаратной среде NI ELVIS. Кн. 1.

Цимбалист Э.И., Силушкин С.В. Введение в NI ELVIS. Методические указания к циклу лабораторных работ по «Электронике». - Томск: Изд. ТПУ, 2008. – 44 с.

Печатается по постановлению Редакционно-издательского Совета Томского политехнического университета.

Темплан 2008

Содержание

с.

1. Общие сведения о лабораторном цикле 4

1.1. Внеаудиторная подготовка к лабораторным работам 5

1.2. Выполнение лабораторного эксперимента 7

1.3. Оформление отчета 7

2. Архитектура учебной лаборатории NI ELVIS 8

2.1. Что такое технология виртуальных инструментов? 8

2.2. LabVIEW 9

2.3. Обзор NI ELVIS 9

3. Аппаратные компоненты NI ELVIS 11

3.1. Настольная рабочая станция NI ELVIS 11

3.2. Виртуальные измерительные приборы 12

3.2.1. Модуль запуска приборов 12

3.2.2. Генератор сигналов произвольной формы 13

3.2.3. . Анализатор амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик (АЧХ/ФЧХ) 13 3.2.4. Цифровой мультиметр 13

3.2.5. Анализатор спектра 14

3.2.6. Функциональный генератор 14

3.2.7. Анализатор импеданса 14

3.2.8. Осциллограф 14

3.2.9. Анализаторы вольтамперных характеристик

двух- и четырехполюсников 15

3.2.10. Регулируемые источники питания 15

3.3. Органы управления рабочей станции 15

3.4. Лабораторная плата аналоговой электроники 18

4. Краткое руководство по эксплуатации виртуальными измерительными приборами NI ELVIS 23

4.1. Начало работы 23

4.2 Цифровой мультиметр (Digital Multimeter - DMM) 24

4.3 Осциллограф (SCOPE) 31

4.4 Функциональный генератор (FGEN) 35

4.5 Регулируемые источники питания (V.P.S.) 37

4.6 Анализатор амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик - АЧХ/ФЧХ (Bode Analyzer) 38

4.7 Анализатор спектра (Dynamic Signal Analyzer – DSA) 40

4.8 Анализатор вольтамперных характеристик двухполюсников (Two-wire Current-Voltage Analyzers) 41

4.9 Анализатор вольтамперных характеристик четырехполюсников (Three-wire Current-Voltage Analyzers) 42

4.10 Сохранение результатов работы 43

5. Список литературных источников 44

1. Общие сведения о лабораторном цикле

Образовательные профессиональные программы подготовки выпускников по направлениям и специальностям, в учебных планах которых присутствует дисциплина «Электроника» в разных модификациях, резко снизили аудиторные часы лабораторного цикла.

С другой стороны переход учебного процесса на использование кредитных и балльно-рейтинговых оценок освоения дисциплин образовательных программ* должен обеспечить каждому студенту (подгруппе студентов) определенную свободу в выборе модулей и отдельных работ лабораторного цикла.

В этой связи необходимо предусмотреть ряд мероприятий, ведущих к активизации познавательной деятельности студентов, формированию их положительной мотивации на самообразование.

Предлагаемые вниманию студентов методические указания к лабораторному циклу направлены на облегчение их подготовки к работам, в то же время оставляя им элементы творчества по различным этапам постановки, проведения и обработки результатов эксперимента.

Целью лабораторного цикла является:

- экспериментальное освоение теоретических положений изучаемой дисциплины;

- получение практических навыков постановки и проведения эксперимента над различными объектами исследования;

- овладение навыками работы со средствами наблюдения, измерения и контроля, используемыми в изучаемой области знаний;

Задачами лабораторного цикла являются:

- овладение методикой и техникой экспериментального исследования элементной базы и схем аналоговой и цифровой электроники;формирование навыков обработки результатов проведенных исследований и представление их в виде таблиц, графиков и/или синхронизированных временных диаграмм сигналов.

Результативность лабораторного цикла предполагается повысить введением следующих мероприятий:

-использованием современных технологий проведения работ лабораторного цикла, в частности, технологии виртуальных инструментов в среде NI ELVIS, которая объединяет технические средства измерения и управления, прикладное программное обеспечение и стандартные промышленные компьютерные технологии;

- возможностью выбора проблемно-ориентированной методики подготовки и проведения эксперимента вместо классической технологии подготовки к лабораторной работе по описанию к ней;

- организацией входного и текущего контролей работ.

Цикл лабораторных работ разделен на две части:

- по аналоговой электронике;

- по цифровой электронике.

Технология выполнения каждой ЛР содержит три этапа:

- внеаудиторная подготовка к лабораторной работе;

- аудиторное лабораторное занятие, включающее в себя оценку подготовки студента к ЛР, лабораторный эксперимент над заданным объектом исследования и защиту отчета по ранее проделанной ЛР;

- внеаудиторное оформление отчета по выполненной ЛР.

1.1. Внеаудиторная подготовка к лабораторным работам

Внеаудиторная работа студента предполагает:

-изучение (повторение) теоретических положений изучаемой дисциплины или предшествующих дисциплин, на которые опирается планирование, постановка, проведение эксперимента и обработка его результатов;

- уяснение целей и задач лабораторной работы;

-понимание работы принципиальных схем эксперимента, методик получения требуемых характеристик и параметров;

-разработку схем и методик эксперимента по поставленным задачам, если Вы работаете в активном режиме лабораторного эксперимента;

-ответы на контрольные вопросы, поставленные в описании к лабораторной работе;

Внеаудиторная подготовка студента к лабораторной работе контролируется вопросами текущего контроля и учитывается в баллах рейтинга.

Для реализации элементов сквозного обучения внеаудиторная подготовка к первым лабораторным работам дополнительно может включать изучение и повторение следующих разделов, использованных в предыдущих лабораторных циклах:

- расчет погрешности измерений[1].

-использование метода наименьших квадратов для обработки результатов измерений (в задачах аппроксимации эмпирических зависимостей)[2].

Внеаудиторная подготовка студента к лабораторной работе считается законченной, когда у студента сформируется ясное понимание:

- технологии процесса эксперимента (что и как делать?);

- ожидаемых результатов по каждому этапу лабораторной работы (что должно получиться?).

Это произойдет тогда, когда студент владеет определенным набором компетенций в виде требуемых для работы знаний, умений и пониманий.

В качестве примера их перечень при выполнении ряда процессов лабораторных работ по аналоговой электронике представлен в таблице 1.

Таблица 1. Примерный перечень компетенций,

востребованных при подготовке к лабораторнымработам

Процесс	Используемые компетенции
Снятие ВАХ двухполюсника (четырехполюсника)	1. Знание способов регулирования токов напряжений в исследуемых цепях. 2. Правильный выбор и расстановка средств измерения токов и напряжений (в среде NI ELVIS-отсутствует, так как выполняется автоматически). 3. Умение правильно собрать схему эксперимента. 4. Грамотное считывание показаний СИ и формирование массивов данных исследования (в среде NI ELVIS-отсутствует, так как выполняется автоматически). 5. Проведение аналитической или графической аппроксимации закономерностей, полученных при лабораторных исследованиях. 6. Знание методов расчета погрешностей.
Снятие АЧХ исследуемой схемы	1.Знание определения характеристик и выбор способа ее снятия. 2.Умение грамотно собрать схему эксперимента. 3.Умение по результатам наблюдения выходного напряжения ввести исследуемую схему в линеаризованный режим работы. 4.Грамотная реализация алгоритма использования АЧХ по выбранному методу, умение предъявить результаты эксперимента в виде таблиц, графиков и т.д. (в среде NI ELVIS-отсутствует, так как выполняется автоматически).

Обратим внимание, что ряд указанных выше компетенций к циклу лабораторных работ по электронике должны быть наработаны на предшествующих лабораторных работах по физике и электротехнике.

1.2. Выполнение лабораторного эксперимента

Перед выполнением эксперимента в среде NI ELVIS следует вспомнить правила эксплуатации используемых средств наблюдения и измерения и источников сигналов. Затем можно приступить к измерениям по плану, изложенному или в методических указаниях, или наработанному самостоятельно в ходе внеаудиторной предварительной подготовки к лабораторной работе, если Вы избрали активный и творческий характер деятельности