Pracownia fizyczna i elektroniczna

Transkrypt

1 Pracowna fzyczna lkronczna koordynaor Krzyszof Korona Wydzał Fzyk pok. 3.65, pęro -mal: Srona WWW Pracown Elkroncznj: hp://p.fuw.du.pl Program pracown A. Podsawow prawa ( analza danych fzycznych). B. Obwody prądu zmnngo (flry, obwód rzonansowy).. Elmny akywn (doda ranzysor, wzmacnacz). D. kłady cyfrow (bramk, przrzunk).

2 Program pracown work czwark zajęca W A A3 B A B + K W + K 3 W 3 D D + K3 D3 Elmny brn Podsawow prawa: Zalżnośc prąd-napęc (-) Podsawow prawa: Prawa Krchhoffa Podsawow prawa: Elmny analzy saysycznj Obwody prądu zmnngo. Flry L Obwody prądu zmnngo. Obwody L Elmny akywn Elmny akywn, Dody Elmny akywn, Tranzysory Elmny akywn, Wzmacnacz opracyjn Obwody cyfrow kłady cyfrow, Bramk kłady cyfrow, Przrzunk kłady cyfrow, Projk Zasady zalczana. Obcność na wykładach js obowązkowa. Za kompl obcnośc na wykładach sudn orzymuj 6 punków rozlcznowych. Z każdgo z kolokwów można uzyskać po 8 punków.. Sudnc są zobowązan do wykonana wszyskch ćwczń przwdzanych w plan zajęć. Praca na ćwcznach js uwzględnana przy ocn zajęć. a) Z częśc A, B wymagan js sprawozdan. b) W częśc D sudn przygoowuj projk wykonuj obwód cyfrowy (zajęca D3). Skala ocn: do 5 punków rozlcznowych za każdą część. Do zalczna (ocna dosaczna) porzba 4/9 punków.

3 Wykład Podsawy obwodów lkrycznych, lmny brn 7 lugo 8 Wsęp. Prąd sały. Podsawow pojęca. Prawa Ohma Krchhoffa.3 Przykłady prosych obwodów. Prąd zmnny. Podsawow lmny. Obwody L.3 mpdancja.4 Flry.5 Obwody rzonansow Obwody prądu sałgo 3

4 Wlkośc podsawow Ładunk lkryczny mrzymy w kulombach. 6,4* 8 ładunków lmnarnych ; Ładunk oznaczamy q, Q. Naężn prądu o ładunk przpływający w jdnosc czasu. q/ Naężn mrzymy w amprach: A /s. Napęc lkryczn o praca porzbna do przsunęca jdnoskowgo ładunku mdzy dwoma punkam obwodu. Napęc oznaczamy lrą. Jżl pod wpływm napęca płyn prąd, o prznos on moc P. P * Moc mrzymy w waach, W. W A* J/s Zasada zachowana ładunku a przpływ prądu Ładunk n znka, an n powsaj, zam ładunk, kóry dopłynął do węzła, mus z ngo wypłynąć. węzł A A 3 A prawo Krchhoffa: Suma naężń prądów dopływających odpływających z węzła wynos zro. Σ j j Prądy dopływając rakujmy jako dodan, odpływając jako ujmn. 4

5 Obwód lkryczny z zaslanm ε Z Zwnęrzn napęc lkryczn, : spadk poncjału na częśc obwodu lkryczngo n zawrającj źródł prądu. Sła lkromooryczna, ε: nrga lkryczna uzyskana przz jdnoskowy ładunk na odcnku obwodu zawrającym źródło prądu, a n zawrającym rzysancj. Zasada zachowana nrg a rozkład napęć Enrga ładunku w polu zalży od poncjału w danym mjscu, a n od drog jaką przbył. prawo Krchhoffa: Suma napęć na oporach w obwodz zamknęym js równa sum sł lkromoorycznych. Σ j j Σ k ε k n n 5

6 Prawo Ohma W przypadku lnowj zalżnośc napęca od naężna współczynnk proporcjonalnośc nazywamy oporm. * Napęc js proporcjonaln do oporu do naężna. Opór mrzymy w omach, Ω /A. Odwroność oporu nazywamy przwodncwm, oznaczamy S. Jdnoska: smns, S Ω - A/. Szrgow łączn opornków n n cons S S n k k n k n S k k k Przy połącznu szrgowym, opory sumują sę. 6

7 ównolgł łączn opornków S 3 4 n n cons S S S n k k n k n k Przy połącznu równolgłym, sumują sę przwodncwa, /. k k Opór właścwy Opór właścwy, ρ, pozwala na oblczn oporu cała o długośc l przkroju o powrzchn S: ρ *S /l, ρ*l/s. Jdnosk: omomr [Ωm], omocnymr [Ωcm]. Odwronoścą oporu właścwgo js przwodncwo właścw: σ /ρ. Jdnosk: /omomr [Ω - m - ]. Gęsość prądu, j, dla prądu płynącgo przz przwodnk o powrzchn S: j /S. Jdnosk: A/m, A/cm. Mkroskopow prawo Ohma: j σ E. Gdz E - naężn pola lkryczngo w przwodnku. A s l 7

8 Przykłady obwodów - dzlnk napęca ałkowy opór obwodu, S + A, Naężn prądu płynącgo przz obwód: /( + ) Zakładamy, ż do wyjśca n płyn prąd. Napęc na wyjścu wynos: * + 3:38:43 Obwód lkryczny z zaslanm ε Z Zwnęrzn napęc lkryczn, : spadk poncjału na częśc obwodu lkryczngo n zawrającj źródł prądu. Sła lkromooryczna, ε: nrga lkryczna uzyskana przz jdnoskowy ładunk na odcnku obwodu zawrającym źródło prądu, a n zawrającym rzysancj. 8

9 Opór wwnęrzny ε W Z zczyws źródła napęca musmy przdsawć w posac obwodu zasępczgo złożongo z dalngo źródła o sl lkromoorycznj ε z oporu wwnęrzngo W. Napęc na zwnąrz akgo źródła będz wynosło: ε α W gα ε - W Obwody prądu zmnngo Prąd zmnny js najważnjsza formą zasosowań lkrycznośc. Dzęk nmu funkcjonuj wększość urządzń w naszych domach. Tma js dość rudny do płngo zrozumna wymaga dobrj znajomośc rygonomr, rachunku różnczkowgo lczb zspolonych. Na ym kurs zajmmy sę jdyn najprosszym przykładam z j mayk akm jak: obwód L czy flry. 9

10 Przbg zmnnoprądow snusodalny prosokąny rójkąny T T - okrs zmnnośc f - częsość T - ampluda napęca p-p - napęc mędzyszczyow "pak o pak", dla przbgów symrycznych p-p * czas, p-p Gnraor funkcyjny gol DG na sron PE js duża anglska wrsja nsrukcj: hp://p.fuw.du.pl/plk/dg_srgud.pdf

11 Oscyloskop dkor gnraor podsawy czasu Na kran oscyloskopu oś pozoma saj sę osą czasu. lasr Warunkm udango pomaru js dobr usawn wyzwalana. Podsawa czasu js wyzwalana, gdy sygnał osągn zadany pozom. Na sron PE dosępna js skrócona nsrukcja obsług TDS : hp://p.fuw.du.pl/plk/tkronx TDS.pdf

12 () Prąd przmnny ( ) A sn T A - ampluda, A A P-P A P-P - ampluda pak-o-pak. Okrs, T, podajmy w skundach. zęsość, f /T, podajmy w hrcach, Hz /s. π T zęsość (kołową):, podajmy w s -. Moc prądu: P *. Moc prądu Prawo Ohma: /. Możmy orzymać nn wyrażna na moc prądu: P /. W przypadku prądu przmnngo: P A <sn ()> T /. <sn ()> T / A P Wprowadzamy napęc skuczn, A, ak ż. S S P Mrnk podają warość skuczną.,44;,77;

13 Kondnsaor cwka W obwodach lkrycznych wysępują dwa rodzaj lmnów, kór mogą gromadzć nrgę. Kondnsaory gromadzą nrgę w posac ładunku pola lkryczngo. L wk gromadzą nrgę w posac prądu lkryczngo pola magnyczngo. Q E Pojmność Naężn prądu o ładunk przpływający w jdnoskowym czas: Jdnoską pojmnośc js farad, [F]. Ładunk na kondnsaorz: Q *. dq Prąd w obwodz z kondnsaorm będz równy: Napęc na kondnsaorz będz całką z prądu dopływającgo do kondnsaora: Pojmność kondnsaora o ładunk jak moż zgromadzć przy jdnoskowym napęcu. Q d ( ) ( ) 3

14 Kondnsaor całkuj Napęc na kondnsaorz będz całka z prądu dopływającgo do kondnsaora: ( ) ( ) Gnraor d A A ; cons ozładowywan ( ): Ładowan napęcm : () () xp(-/) () ( - xp(-/)) Kondnsaor całkuj Napęc na kondnsaorz będz całka z prądu dopływającgo do kondnsaora: ( ) ( ) Gnraor >> T ( ) 4

15 Prąd przmnny kondnsaor πf Q * T π T cos( ) T - okrs - częsość kołowa Q cos( ) dq ( ) sn 3:38:43 Prąd przmnny kondnsaor cos( ) π cos + Q * dq sn( ) cos( + π ) cos( + ) Prąd js przsunęy w faz (przyspszony) o Q cos( ) sn( ) π π ( 9 o ) względm napęca. 3:38:43 5

16 ndukcja lkromagnyczna Na podsaw prawa Ampra, przpływ prądu,, ndukuj w cwc pol: B α α - współczynnk. Prawo ndukcj Faradaya: ε ε - sła lkromooryczna, Φ - srumń pola magnyczngo, Φ B*S. dφ B W przypadku cwk można sę spodzwać, ż powsan sła lkromooryczna wywołana samondukcją. wka L ε dφ B Φ B*S B α Można sę spodzwać, ż w przypadku cwk powsan sła lkromooryczna wywołana samondukcją: Enrga zgromadzona w cwc, przz kórą płyn prąd o naężnu : d ε L Współczynnk L nazywamy ndukcyjnoścą cwk. ndukcyjność mrzymy w hnrach H, H s/a E L L 6

17 z x + y x + y A α α Lczby zspolon m - cosα + snα y A*sn α z A x + y α arcg(y/x) ( z ) Acosα m( z ) Asnα α x A*cos α w a b w a + b a b a + b w a + b w a + b ϕ -arcg(b/a) Prąd przmnny lczby zspolon cos( ) ( ) sn( ) m ( ) Q * dq Q 7

18 8 Prąd przmnny lczby zspolon Q dq Q * ( ) ) cos( mpdancja Prawo Ohma: Napęc js proporcjonaln do naężna : Z* Z mpdancja kondnsaora: Zawada czyl warość bzwzględna mpdancj: Z L Z Z L

19 Przsunęc fazow w obwodz mpdancja opornka wynos. ϕ Z mpdancja: + Zawada: Z + Faza: g( ϕ) Napęc spóźna sę względm naężna. m ϕ ϕ ( ϕ) Flry w Flr wy harakrysyk Napęcowa: ransmancja flru o sosunk amplud napęca na wyjścu wjścu. Wy T () W Fazowa: przsunęc fazy napęca na wyjścu. ϕ() 9

20 Obwód jako flr w Z Z Elmny worzą dzlnk napęca: wy Z Wy W ZS Z Z Z S + w Obwód jako flr Z Z Elmny worzą dzlnk napęca: wy Z Wy W ZS Z Z Z S + Wy W + Faza: ϕ( ) arcg( ) Transmancja: T ( ) +

21 Obwód jako flr dolnoprzpusowy w wy T ( ) + ϕ( ) arcg( ) τ Transmancja, częsośc są przpuszczan. Transmancja, częsośc są zarzymywan. zęsość granczna Moc przpuszczana przz flr: T wyj P P( ) Z Z wj ( + ) zęsość granczna, G, o aka, dla kórj przpuszczana js połowa mocy. ( G ) Dla flra, dolnoprzpusowgo, : G /, f G π

22 Obwód L, mpdancja Z Z + Z S L L Z Z L L Z S ( ) L Gdy /L, o Z S. Zrowy opór sugruj, ż prąd moż płynąć bz napęca. Obwód L, oscylaor Kondnsaor d L wka: ε L d d L Orzymujmy zam równan oscylaora harmonczngo o częsośc rzonansowj: L: H s/a L : F / /As L: s/a * /As s

23 Obwód L - różnczkowo w L prawo Krchhoffa : w () L () + () + () d ( ) w ( ) L + ( ) + ( ) ( ) ( ) ( ( ) ) w L d ( ) ( ) ( ) + + ( ) Obwód L - mpdancja prawo Krchhoffa : w L w L + + w Z L + Z + / w L + + L + + 3

24 4 Obwód L - napęca w L L + ) ( L L L + ) ( L + ) ( w Obwód L - rzonans w L ) ( ) ( w ) ( ) ( π + L L L L L L ) ( ) ( π w

25 w Obwód L jako flr Wy ( ) W ( ) L + wy T ( ) Wy W ( ) L + + ( L) L T() T( ) T( ) flr środkowo-przpusowy Flr L w wy Wy W L + 5