LABORATORIUM PODZESPOŁÓW ELEKTRONICZNYCH. Ćwiczenie nr 2. Pomiar pojemności i indukcyjności. Szeregowy i równoległy obwód rezonansowy

Transkrypt

1 LABORATORIUM PODZESPOŁÓW ELEKTRONICZNYCH Ćwiczenie nr 2 Pomiar pojemności i indukcyjności. Szeregowy i równoległy obwód rezonansowy Wykonując pomiary PRZESTRZEGAJ przepisów BHP związanych z obsługą urządzeń elektrycznych. Uszkodzenia bądź nieprawidłowości w funkcjonowaniu urządzeń ZGŁOŚ prowadzącemu zajęcia. Urządzenia uszkodzone ODSTAW na stół z opisem Urządzenia uszkodzone Po wykonaniu pomiarów: ROZŁĄCZ układy pomiarowe, WYŁĄCZ zasilanie urządzeń i stołu, UŁÓŻ przewody w uchwytach, ODSTAW urządzenia przestawione z innych stanowisk na ich pierwotne miejsce. Opracowali: Eugeniusz Prociów, Adam Kłossowicz, Paweł Winiarski 1

2 Ćwiczenie nr 2 1. Zagadnienia do przygotowania Zależności amplitudowe i fazowe w obwodzie szeregowym RC prądu zmiennego Dzielniki napięcia w układzie RC Charakteryzacja sygnału przemiennego: wartość średnia, wartość skuteczna, offset, wartość peak-to-peak (międzyszczytowa) Pomiar pojemności i indukcyjności metodami technicznymi Indukcyjność, indukcyjność wzajemna, współczynnik sprzężenia indukcyjnego Dobroć w obwodzie rezonansowym Rezonans w układzie szeregowym RLC, impedancja i kąt przesunięcia fazowego w funkcji częstotliwości Rezonans w układzie równoległym RLC, impedancja i kąt przesunięcia fazowego w funkcji częstotliwości Częstotliwość rezonansowa Dobroć w rezonansie szeregowym i antyrezonansie równoległym Pomiar przesunięcia fazowego metodą oscyloskopową Rys. 1. Przebieg sygnału przemiennego z charakterystycznymi parametrami wartość szczytowa wartość skuteczna = 2 = π wartość średnia 2 2 wartość szczytowa = 2 wartość skuteczna = π wartość średnia 2 2

3 2. Program ćwiczenia 2.1 Pomiar pojemności metodą techniczną (oscyloskop) Zmierzyć wartość rezystancji szeregowej R S Zestawić obwód pomiarowy według schematu (rys.2) przestrzegając prawidłowego podłączenia mas wyjść: generatora OUT i wejść: oscyloskopowych CH1 i CH2 Dobrać częstotliwość generatora tak, aby napięcie U R = U C Wyliczyć wartość pojemności ze wzoru (f podać w Hz, R S w Ω, C w F): C = 1 2πfR S, dla U C = U R Wykazać teoretycznie słuszność w/w wzoru i przedyskutować warunki, przy jakich możliwe jest jego stosowanie: R S = IR S = I ωc = I 2πfC 1 2πfC C= 1 2πfR S Rys. 2. Układ do pomiaru pojemności metodą techniczną 3

4 2.2 Pomiar indukcyjności i indukcyjności wzajemnej metodą techniczną (woltomierz i amperomierz) Metodą techniczną za pomocą woltomierza i amperomierza (zastosować sygnał zmienny o częstotliwości f 10 khz) : Wyznaczyć indukcyjność wypadkową w połączeniu szeregowym cewek z dodatnim sprzężeniem indukcyjnym (L p ) kropka oznacza kierunek uzwojenia Wyznaczyć indukcyjność wypadkową w połączeniu szeregowym cewek z ujemnym sprzężeniem indukcyjnym (L n ) Wyznaczyć wartości indywidualne L 1 i L 2 bez sprzężenia Obliczyć współczynnik indukcyjności M Obliczyć współczynnik sprzężenia indukcyjnego k danej konfiguracji geometrycznej Wzory do obliczeń: Rys. 3. Schemat połączeń do wyznaczania indukcyjności wzajemnej M = L p L n 4 k = M L 1 L 2 (Opcjonalnie przeprowadzić pomiary za pomocą Q-metru: Dołączyć indukcyjność do zacisków L Q-metru Doprowadzić układ do rezonansu 4

5 Odczytać wartości wewnętrznego kondensatora wzorcowego C W [pf] i częstotliwość rezonansu 1 Z wzoru Thomsona f = obliczyć L 2π LC Pomiary indukcyjności wykonać dla dwóch wartości kondensatora wzorcowego C W ) 2.3 Szeregowy układ rezonansowy wyznaczanie częstotliwości rezonansu za pomocą oscyloskopu Zestawić układ pomiarowy do badania rezonansu w układzie szeregowym (rys. 4) Zmieniając częstotliwość na generatorze obserwować przebiegi prądu i napięcia w badanym układzie i określić częstotliwość rezonansu szeregowego W zakresie odchyleń częstotliwości od częstotliwości rezonansowej określić wartość amplitudy i fazy w zależności od częstotliwości Rys. 4. Układ pomiarowy do badania rezonansu szeregowego wraz z orientacyjnymi przebiegami prądu zasilającego i fazy Wyniki pomiarów przedstawić na wykresach zależności amplitudy prądu i przesunięcia fazowego w funkcji częstotliwości 2.4 Równoległy układ rezonansowy (antyrezonans) wyznaczenie częstotliwości rezonansu za pomocą oscyloskopu, wyznaczanie rezystancji obciążenia (tłumienia) 5

6 Zestawić układ pomiarowy do badania rezonansu w układzie równoległym (rys. 5) Obserwując zachowanie się amplitudy prądowej i przesunięcia fazowego znaleźć rzeczywistą wartość częstotliwości rezonansu Zmierzyć i wykreślić charakterystyki zmian wartości amplitudy prądowej i kąta przesunięcia fazowego w zakresie częstotliwości określonym przez prowadzącego przy stałej wartości amplitudy napięcia zasilającego Określić w zadanym zakresie odchyleń od częstotliwości rezonansowej wartość R L ze wzoru: Q r = 1 L wyjaśnić przyczynę różnic między wartościami teoretycznymi R L C a wynikającymi z pomiarów Rys. 5. Układ pomiarowy do badania rezonansu w obwodzie równoległym RLC, wraz z orientacyjnymi przebiegami prądu zasilającego i fazy Literatura 1) A. Dziedzic: wykład Podzespoły elektroniczne 2) Wykład Podstawy elektrotechniki 3) D.A. Bell: Fundamentals of Electric Circuits, Prentice Hall, Intern. Editions 4) A. Jellonek, Z. Karkowski: Miernictwo radiotechniczne. PWN, W-wa 5) S. Osadnik, E. Prociów: Laboratorium Obwodów Liniowych i Nieliniowych 6