LABORATORIUM ELEKTRONIKI OBWODY REZONANSOWE

Transkrypt

1 ZESPÓŁ ABORATORIÓW TEEMATYKI TRANSPORTU ZAKŁAD TEEKOMUNIKAJI W TRANSPORIE WYDZIAŁ TRANSPORTU POITEHNIKI WARSZAWSKIEJ ABORATORIUM EEKTRONIKI INSTRUKJA DO ĆWIZENIA NR OBWODY REZONANSOWE DO UŻYTKU WEWNĘTRZNEGO WARSZAWA 08

2 A. el ćwiczenia - Pomiar charakterystycznych parametrów szeregowego obwodu rezonansowego - Wyznaczenie krzywej rezonansowej szeregowego obwodu rezonansowego - Pomiar charakterystycznych parametrów równoległego obwodu rezonansowego - Wyznaczenie krzywej rezonansowej równoległego obwodu rezonansowego B. Wprowadzenie Rozważmy szeregowy obwód R przedstawiony na rys.. Impedancje tego obwodu można opisać zależnością: Z T ( ) = R + j () Dla pewnej wartości częstotliwości fr, składowa reaktancji jest równa zero i impedancja ma charakter czysto rezystywny. Przypadek ten znany jest jako rezonans szeregowy, a częstotliwość fr zwana jest częstotliwością rezonansową obwodu szeregowego. Wartość fr można wyznaczyć z zależności () przyrównując składową reaktancyjną do zera. f = = 0 πf = πf = f r = π () Dla częstotliwości rezonansowej fr, obwód charakteryzuje się maksymalną impedancją ZT=R, przepływający przezeń prąd ma wartość maksymalną i jest w fazie z przyłożonym napięciem. E I = I R = = 0 0 (3) R 0 Prąd IR jest w fazie z przyłożonym napięciem E. Spadki napięć na i można opisać zależnościami: E R 0 U = I 90 (4) 0 U = I 90 Można więc zauważyć, że U i U są równe co do wielkości amplitudy, lecz o przeciwnej polaryzacji.. zęść eksperymentalna. Umieścić moduł K-300 na płycie głównej stanowiska K-00. Znajdź schemat i. Połącz obwód zgodnie z rys. i rys.. Opracowali: dr inż. Jerzy hmiel, dr hab. inż. Adam Rosiński, mgr inż. Karolina Krzykowska, inż. Andrzej Szmigiel

3 Generator V s R Rys.. Schemat układu szeregowego układu rezonansowego 4 3 V s V R3 block i Rys.. Schemat układu szeregowego układu rezonansowego na module laboratoryjnym. Włącz zakres generatora funkcyjnego w pozycji 0 khz i wybierz funkcję sinus selektora funkcyjnego. Ustaw amplitudę napięcia wyjściowego generatora na wartość 5 V wskazywaną przez cyfrowy woltomierz A i zanotuj tę wartość jako Ein (Uwe) (przy częstotliwości generatora = 5 khz). Ein = Uwe =...[V]A = const. 3. Zmierz spadek napięcia na rezystorze R3; zmieniając wartość częstotliwości generatora zanotuj maksymalną wartość napięcia na R3. UR3 =...[V]A zy badany obwód szeregowy zachowuje się teraz jak przy częstotliwości rezonansowej? Tak Nie 4. Pomierz częstotliwość wyjściową generatora funkcyjnego i zanotuj ją jako częstotliwość rezonansową obwodu szeregowego fr fr =...Hz 5. Oblicz częstotliwość rezonansową fr dla zastosowanych w obwodzie wartości 3= 0 [mh], 4=00 [nf], R3=330 [Ω]. fr =...Hz Opracowali: dr inż. Jerzy hmiel, dr hab. inż. Adam Rosiński, mgr inż. Karolina Krzykowska, inż. Andrzej Szmigiel 3

4 zy jest zgodność pomiędzy pomierzoną i obliczoną wartością fr? Tak Nie 6. Używając woltomierza A zmierz spadek napięcia na indukcyjności 3; ustaw regulator częstotliwości w skrajnym położeniu obracając go przeciwnie do ruchu wskazówek zegara, a następnie obracając go zgodnie z ruchem wskazówek zegara zanotuj maksymalną wartość napięcia E oraz wartość częstotliwości przy której ona występuje. E =...[V]A fr =...Hz zy wartość E jest większa od wartości Ein ( Uwe ) z pkt.? Tak Nie 7. Używając woltomierza A zmierz spadek napięcia na kondensatorze 4; ustaw regulator częstotliwości w skrajnym położeniu obracając go przeciwnie do ruchu wskazówek zegara, a następnie obracając go zgodnie z ruchem wskazówek zegara zanotuj maksymalną wartość napięcia E oraz wartość częstotliwości przy której ona występuje. E =...[V]A fr =...Hz zy wartość E jest równa wartości E z pkt. 6? Tak Nie 8. Podłącz woltomierz A między punktami A i B z rys.. Pomierz spadek napięcia na elementach 3 4; obracając regulatorem częstotliwości generatora ze skrajnego lewego położenia w prawo, zanotuj minimalną wartość napięcia E oraz wartość częstotliwości przy której ona występuje. E =...[V]A fr =...Hz 9. Wykorzystując zależność E Q = (5) E in oblicz dobroć szeregowego obwodu rezonansowego Q = Wykorzystując zależności Opracowali: dr inż. Jerzy hmiel, dr hab. inż. Adam Rosiński, mgr inż. Karolina Krzykowska, inż. Andrzej Szmigiel 4

5 = πf = πf (6) wyznacz wartości impedancji oraz dla częstotliwości rezonansowej fr z pkt. 5. zy równa się? =...Ω =...Ω Tak Nie. Wykorzystując zależność na szerokość pasma przenoszenia szeregowego obwodu rezonansowego f r f = (7) Q wyznaczyć f f =... Hz. Podłącz woltomierz A równolegle do R3. Wykorzystując regulator częstotliwości znajdź maksymalną wartość napięcia na R3. UR3max =...[V]A 3. Mnożąc UR3max przez = 0, 707 określ napięcie UR3gr dla częstotliwości granicznych frd i frg (odpowiadających połowie mocy). UR3gr = UR3max x 0,707 =...[V]A 4. Wolno obracając regulator częstotliwości w lewo ustaw obliczoną wartość UR3gr=UR3d. Odczytaj dolną częstotliwość graniczną frd ( - 3 db). frd =... Hz 5. Wolno obracając regulator częstotliwości w prawo ustaw obliczoną wartość UR3gr=UR3g. Odczytaj górną częstotliwość graniczną frg. frg =... Hz 6. Dokonaj pomiaru napięć UR3 na rezystancji R3 dla częstotliwości podanych w tabeli. Tabela f [khz] UR3 [VA] Opracowali: dr inż. Jerzy hmiel, dr hab. inż. Adam Rosiński, mgr inż. Karolina Krzykowska, inż. Andrzej Szmigiel 5

6 7. Narysuj krzywą rezonansową szeregowego obwodu rezonansowego na skali logarytmicznej. Wyznacz graficznie częstotliwości graniczne frd i frg. Wyznacz szerokość pasma przenoszenia. Sprawdź, czy jest ona zgodna z wartością wyznaczoną w pkt.. 8. Wyciągnij wnioski z dokonanych pomiarów, obliczeń i ich porównania. B. Wprowadzenie Rozważmy równoległy obwód R przedstawiony na rys. 3. R Generator V s R 0 Rys. 3. Schemat układu równoległego układu rezonansowego Podobnie jak w przypadku szeregowego obwodu rezonansowego, przy częstotliwości rezonansowej fr, składowa rektancyjna jest równa zero i impedancja ma charakter czysto rezystywny. Admitancję równoległego obwodu rezonansowego można opisać zależnością: G = j + R + j (8) Dla częstotliwości rezonansowej susceptancja indukcyjna B = równa się susceptancji ω pojemnościowej = ω oraz impedancja ma charakter czysto rezystywny, zatem: B = = R + R = ω = ω = R (9) więc zależność na częstotliwość rezonansową ma postać: Opracowali: dr inż. Jerzy hmiel, dr hab. inż. Adam Rosiński, mgr inż. Karolina Krzykowska, inż. Andrzej Szmigiel 6

7 f r = π = π R (0) Należy zauważyć, iż częstotliwość rezonansowa jest zależna od wartości gałęzi R4.. zęść eksperymentalna. Umieścić moduł K-300 na płycie głównej stanowiska K-00 i zlokalizuj schemat j.. Połącz obwód zgodnie z rys. 4, usuwając zworę zaznaczoną na rysunku. 4 R4 5 V s R5 block j Rys. 4. Schemat układu równoległego układu rezonansowego na module laboratoryjnym (4= 0 [mh], 5=00 [nf], R4=0 [Ω], R5=330 [Ω]) 3. Oblicz częstotliwość rezonansową wykorzystując wartości elementów z rys. 4. fr =...Hz 4. Usuń zworę. Włącz zakres generatora funkcyjnego w pozycji 0 khz i wybierz funkcję sinus selektora funkcyjnego. Ustaw amplitudę napięcia wejściowego generatora na wartość 5 V, wskazywaną przez woltomierz cyfrowy A (przy częstotliwości generatora = 5 khz). Podłącz cyfrowy woltomierz A równolegle do R5. Wykorzystując regulator częstotliwości generatora ustaw minimalne napięcie na R5. Pomierz częstotliwość wyjściową generatora i zanotuj ją jako częstotliwość rezonansową obwodu równoległego fr. fr =...Hz zy jest zgodność pomiędzy obliczoną i pomierzoną wartością fr? Tak Nie 5. Pomierz i zanotuj spadki napięć na rezystorach R4 i R5. Opracowali: dr inż. Jerzy hmiel, dr hab. inż. Adam Rosiński, mgr inż. Karolina Krzykowska, inż. Andrzej Szmigiel 7

8 UR4 =...[V]A UR5 =...[V]A Które napięcie jest większe? 6. Podłącz zworę. Pomierz i zanotuj spadek napięcia na rezystorze R5. UR5 =...[V]A Porównaj wartość UR5 z wartością UR5 z pkt. 5 i zanotuj swoje spostrzeżenia. 7. Ponownie usuń zworę. Dokonaj pomiaru napięć UR5 na rezystorze R5 dla częstotliwości podanych w tabeli. Tabela f [khz] UR5 [VA] 8. Narysuj krzywą rezonansową równoległego obwodu rezonansowego na skali logarytmicznej. Wyznacz graficznie częstotliwości graniczne frd i frg. 9. Wyciągnij wnioski z dokonanych pomiarów, obliczeń i ich porównania. 0. Podaj podstawowe zbieżności i różnice między szeregowym i równoległym obwodem rezonansowym. D. Symulacyjna komputerowa - szeregowy obwód rezonansowy Używając programu komputerowego podanego przez prowadzącego należy wykonać układ przedstawiony na rys. 5. Rys. 5. Układ do badania szeregowego obwodu rezonansowego Opracowali: dr inż. Jerzy hmiel, dr hab. inż. Adam Rosiński, mgr inż. Karolina Krzykowska, inż. Andrzej Szmigiel 8

9 Generator ustawić według punktu., a następnie przeprowadzić pomiary napięcia na rezystancji R dla częstotliwości podanych w tabeli 3. Tabela 3 f [khz] UR [VA] Narysuj krzywą rezonansową szeregowego obwodu rezonansowego na skali logarytmicznej. Wyznacz graficznie częstotliwości graniczne frd i frg. Wyznacz szerokość pasma przenoszenia. Sprawdź, czy jest ona zgodna z wartością wyznaczoną w pkt równoległy obwód rezonansowy Używając programu komputerowego podanego przez prowadzącego należy wykonać układ przedstawiony na rys. 6. Rys. 6. Układ do badania równoległego obwodu rezonansowego Generator ustawić według punktu.4, a następnie przeprowadzić pomiary napięcia na rezystancji R dla częstotliwości podanych w tabeli. Tabela f [khz] UR [VA] Narysuj krzywą rezonansową równoległego obwodu rezonansowego na skali logarytmicznej. Wyznacz graficznie częstotliwości graniczne frd i frg. Sprawdź, czy jest ona zgodna z wartością wyznaczoną w pkt..8. E. Wyposażenie Elementy układu: Stanowisko laboratoryjne K szt. Opracowali: dr inż. Jerzy hmiel, dr hab. inż. Adam Rosiński, mgr inż. Karolina Krzykowska, inż. Andrzej Szmigiel 9

10 Moduł laboratoryjny K szt. Sprzęt pomiarowy: yfrowy miernik uniwersalny... szt. F. Zagadnienia do opracowania. Szeregowy obwód rezonansowy R: schemat, impedancja, częstotliwość rezonansowa.. Równoległy obwód rezonansowy R: schemat, admitancja, częstotliwość rezonansowa. G. iteratura. Dobrowolski A., Jachna Z., Majda E., Wierzbowski M.: Elektronika - ależ to bardzo proste!. Wydawnictwo BT, 03.. Horowitz P., Hill W.: Sztuka elektroniki. Tom I i II. Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa Kaźmierkowski M., Matysik J.: Wprowadzenie do elektroniki i energoelektroniki. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa Tietze U., Schenk :,,Układy półprzewodnikowe. Wydawnictwa Naukowo Techniczne, Wawrzyński W.:,,Podstawy współczesnej elektroniki. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 003. Opracowali: dr inż. Jerzy hmiel, dr hab. inż. Adam Rosiński, mgr inż. Karolina Krzykowska, inż. Andrzej Szmigiel 0