Моделирование и исследование электрических цепей с помощью универсального лабораторного стенда

Федеральное государственное бюджетное 
образовательное учреждение высшего образования 
«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана 
(национальный исследовательский университет)»
А.В. Ситников, И.А. Тарасенко, П.М. Дмитриев
Моделирование и исследование 
электрических цепей 
с помощью универсального 
лабораторного стенда 
Учебно-методическое пособие

УДК 621.3
ББК 31.21
        С41
Издание доступно в электронном виде по адресу 
https://bmstu.press/catalog/item/6801
Факультет «Фундаментальные науки»
Кафедра «Электротехника и промышленная электроника»
Рекомендовано Научно-методическим советом 
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебно-методического пособия
Ситников, А. В.
С41
Моделирование и исследование электрических цепей с помощью универсального лабораторного стенда : учебно-методическое пособие / А. В. Ситников, И. А. Тарасенко, П. М. Дмит- 
риев. — Москва : Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 
 
2020. — 33, [3] с. : ил.
ISBN 978-5-7038-5323-8
Изложены основные теоретические сведения о составе, 
принципе действия универсального лабораторного стенда, используемого как основное оборудование для проведения лабораторных работ по дисциплине «Электротехника». Приведены 
характеристики основных измерительных приборов и устройств, 
задание, порядок выполнения и методические указания к проведению лабораторных работ.
Для студентов 2–4-го курсов, обучающихся по программе 
специалитета и изучающих дисциплину «Электротехника».
УДК 621.3
ББК 31.21
©	 МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2020
©	 Оформление. Издательство 
	
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2020
ISBN 978-5-7038-5323-8

Предисловие
Основная задача современного высшего образования — подготовка специалистов, обладающих теоретическими знаниями 

и владеющих навыками их применения на практике. Особое внимание в образовательном процессе уделяется освоению студентами современных методов исследования реальных физических 
процессов, приобретению практического опыта в работе с современной исследовательской и измерительной аппаратурой, т. е. 

формированию в полном объеме профессиональных компетенций. 
Именно при выполнении лабораторных работ будущие специалисты имеют возможность на практике применять полученные теоретические знания, самостоятельно работать с современными 
измерительными приборами и приобрести навыки синтезирования 
технических систем, необходимые для выполнения заданной технической задачи.
Цель настоящего учебно-методического пособия — выработать 
у студентов навыки самостоятельного изучения характеристик электрических цепей с помощью универсального лабораторного комплекса при исследовании принципа действия его отдельных функциональных блоков, привить навыки выполнения измерений 
электрических величин.
Лабораторная работа «Моделирование и исследование электрических цепей с помощью универсального лабораторного стенда» — базовая лабораторная работа из проводимых по дисциплины 
«Электротехника». В ходе выполнения лабораторной работы студенты исследуют возможности универсального лабораторного 
стенда, приобретают навыки работы с измерительными приборами, на практике изучают процессы, происходящие в электрических 
цепях при постоянном и гармоническом входном воздействии.
Лабораторная работа предназначена для студентов, обучающихся по приборостроительным специальностям.
В конце учебно-методического пособия приведены контрольные вопросы и приложение, в котором в качестве примера показана карточка для защиты лабораторной работы.
	
3

1. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ
1.1. Состав и структура лабораторного стенда
При выполнении лабораторных работ моделирование и исследование электрических цепей проводят на универсальном лабораторном стенде. Лицевая панель стенда показана на рис. 1.1. 
Она содержит блок однофазного источника питания, блок генераторов напряжений, блок мультиметров, коннектор. Кроме того, 
в состав стенда входят наборная панель, набор мини-блоков, 
комплект соединительных проводов и перемычек, компьютер. 
Рис. 1.1. Лицевая панель стенда
Однофазный источник питается от трехпроводной однофазной 
сети (фаза, ноль и земля). В нем смонтированы устройство защитного отключения (УЗО) и автомат для защиты от перегрузки 
по току 1, блок розеток 2 для подключения внешних измерительных приборов и осциллографа. При включенном выключателе 3 
светится индикаторная лампа 4.
В состав блока генераторов напряжений входят следующие 
элементы: источник симметричного трехфазного напряжения 
4

(действующее значение U = 7
В,  частота f = 50
Гц)  13; источник 
однофазного синусоидального напряжения (действующее значение 
U = 24
В, частота f = 50
Гц) 14; источник переменного напряжения 
сигналов специальной формы 12, регулируемых по амплитуде 
 
и частоте; два нерегулируемых источника постоянного напряжения  11 и источник постоянного напряжения, регулируемый в 
пределах от 0 до 15 В.
Блок мультиметров предназначен для измерения напряжений, 
токов, сопротивлений. В блоке установлены два серийно выпускаемых мультиметра 9 и источник питания от сети с выключателем  6 
и предохранителями.
Коннектор предназначен для ввода измеряемых токов и напряжений в компьютер и их последующих измерений с помощью 
виртуальных приборов программы ВП ТОЭ. 
Изображенные на лицевой панели коннектора измерительные 
приборы V0, V1, A1, …, A4 включаются в цепь как обычные вольт- 
метры и амперметры. Коннектор имеет два канала для ввода напряжений в компьютер и два канала для ввода токов. Однако 
 
в цепь можно включить четыре амперметра и кнопками переключения измеряемого тока 7 выбирать вводимое в компьютер значение 
I1, 
I2, I3
  или 
I4. О выбранном токе сигнализирует светодиод на лицевой панели коннектора и надпись на виртуальном 
амперметре экрана дисплея. 
Кнопки переключения диапазонов напряжений (токов) 5 предназначены для выбора пределов измерения. Кроме того, на лицевой 
панели коннектора имеется разъем для подключения USB-кабеля 
связи коннектора с компьютером 8.
Наборная панель (рис. 1.2) предназначена для сборки электрических 
схем с использованием мини-блоков.
Мини-блоки (рис. 1.3) представляют собой отдельные элементы 
электрических цепей (резисторы, 
конденсаторы, катушки индуктивности, диоды, транзисторы и т. д.), 
помещенные в прозрачные корпуса 
со штырями для соединения с гнездами наборного поля. На этикетках 
мини-блоков изображены условные 
обозначения элементов и расположеРис. 1.2. Наборная панель
 
5

Рис. 1.3. Мини-блоки
ние выводов, приведены основные технические характеристики 
элементов (табл. 1.1).
Таблица 1.1
Номер 
позиции 
Наименование  
и характеристики Количество
Номер 
позиции 
Наименование  
и характеристики
Количество
1
Резисторы МЛТ
, 
2 Вт, ±5 %:
1
330 Ом
1
10 Ом
1
470 Ом
1
22 Ом
1
680 Ом
1
33 Ом
1
1 кОм
3
47 Ом
1
2,2 кОм
1
100 Ом
1
4,7 кОм
2
220 Ом
1
10 кОм
2
6

Окончание табл. 1.1
Номер 
позиции 
Наименование  
и характеристики Количество
Номер 
позиции 
Наименование  
и характеристики
Количество
1
22 кОм
1
6
Лампа сигнальная 10 В, 55 мА
1
33 кОм
1
7
Лампа 10 В
1
47 кОм
1
8
Нелинейные  
резисторы
3
100 кОм
2
9
Фоторезистор
1
1
11
Симистор 33 В
1
1 МОм
1
10
Варикап 1SV149
1
2
Конденсаторы:
К73-17 
63…100 В:
0,01 мкФ
0,1 мкФ
1
12
Стабилитрон 10 В
1
0,22 мкФ
1
13
Светодиод 
АЛ307
1
6
14
Транзисторы:
КТ502Г
,
КТ503Г
, 
0,47 мкФ
1
КТ117Г
,
КП-303Е,
КП103Е
1 мкФ
1
15
Диоды КД 226
5
10 мкФ x 63 В
1
16
Тиристор
 КУ101Е
1
1
100 мкФ x 63 В
1
17
Операционный 
усилитель 
КР140УД608А
470 мкФ x 35 В
1
3
Катушки индук- 
тивности:
10 мГн
1
40 мГн
1
100 мГн
2
4
Потенциометры
2
5
Микропереключатель (тумблер)
1
Примечание. Состав мини-блоков может варьироваться.
 
7

Рис. 1.4. Г
енератор напряжений 
специальной формы
Источник напряжений специальной формы (рис. 1.4) вырабатывает 
сигналы синусоидальной, прямо- 
угольной, импульсной и треугольной 
форм. Переключение видов сигналов 
осуществляется микропереключателем «форма» 1. При этом под соответствующим изображением сигнала 
загорается сигнальный светодиод 2. 
Частота сигнала устанавливается с 
помощью потенциометра «частота» 4. 
Контроль за частотой осуществляется 
с помощью цифровых индикато- 
ров. При горящем состоянии светодиода 2 частота меняется по декадам. 
При мигающем состоянии светодиода частота меняется с минимально возможным шагом. Переключение между режимами производится путем нажатия на ручку потенциометра «частота». 
Амплитуда выходного напряжения устанавливается ручкой 
 
«амплитуда» 5 в пределах 0...12 В. Нагрузка к источнику подключается посредством выходных клемм 3.
Рис. 1.5. Блок мультиметров
8

Блок мультиметров (рис. 1.5) предназначен для измерения напряжений, токов, сопротивлений. В блоке установлены два серийно выпускаемых мультиметра с источником питания от сети, 
 
с общим выключателем и предохранителями. Включение блока 
происходит выключателем 1. Мультиметры содержат жидкокристаллический экран для отображения информации 2, переключатель режимов и диапазона измерения 3. В электрическую цепь 
мультиметры подключают с помощью клемм 4.
До подключения мультиметра к цепи необходимо выполнить 
следующие операции:
1) в соответствии с измеряемыми величинами выбрать режим 
прибора для подсоединения в цепь: V= (измерение постоянного 
напряжения), V~ (измерение действующего значения переменного напряжения), A= (измерение постоянного тока), A~ (измерение 
действующего значения переменного тока), Ω (измерение сопротивления);
2) выбрать диапазон измерений соответственно ожидаемому 
результату измерений;
3) правильно подсоединить клеммы мультиметра к исследуемой 
цепи с использованием проводов.
1.2. Порядок работы с виртуальными приборами
Измерение напряжений, токов, сопротивлений, мощностей, 
сдвигов фаз и других показателей можно проводить с помощью 
виртуальных приборов, отображаемых на экране монитора компьютера при активации специального программного обеспечения 
(программа ВП ТОЭ). Ввод информации в компьютер выполняется с коннектора через USB-порт.
При работе с виртуальными приборами необходимо придерживаться определенного порядка действий.
1. Собрать цепь в соответствии со схемой опыта, включив 
 
в нее вместо реальных амперметров и вольтметров виртуальные 
приборы, изображенные на лицевой панели коннектора.
2. Включить виртуальные приборы двойным щелчком левой 
клавиши мыши по ярлыку ВП ТОЭ. В результате откроется блок 
Приборы I (рис. 1.6) с вольтметрами и амперметрами, часть из 
которых активизирована по умолчанию (т. е. включены пределы 
измерения). Расположение приборов в окне блока можно изменить, 
щелкнув левой клавишей мыши по обозначению прибора и выбрав 
	
9

Рис. 1.6. Виртуальные приборы
в открывшемся перечне нужный прибор. К одному и тому же каналу коннектора, таким образом, можно подключить несколько 
виртуальных приборов для одновременного измерения действующего, амплитудного, среднего и других значений одного и того же 
напряжения (тока). 
3. Активировать нужные виртуальные приборы, щелкнув 

в соответствующих окнах по кнопкам Откл. Для отключения прибора нужно щелкнуть в окне предела измерения по кнопке Вкл.
4. Выбрать измеряемую величину
, щелкнув в окне Действующее, 
и указать в открывшемся списке нужное значение. В этом окне 
пункт Действ. перем. обозначает действующее значение сигнала, 
из которого исключена постоянная составляющая.
5. Выбрать пределы измерения вольтметров и амперметров, 
нажав соответствующие кнопки на коннекторе (см. рис. 1.1). Выбранные пределы отображаются автоматически в соответствующих 
окнах виртуальных приборов. Когда измеряемый сигнал превышает допустимый для данного канала уровень, окно с показанием 
виртуального прибора начинает мигать красным цветом, а в верхней части панели включается надпись «Перегрузка! Перейдите на 
10