Střední škola informatiky a spojů, Brno, Čichnova 23 Elektrická měření pro I. ročník (Laboratorní cvičení) Studentská verze Zpracoval: Ing. Jiří Dlapal B R N O 2011
Úvod Výuka předmětu Elektrická měření (laboratorní cvičení) je v I.ročníku zaměřena na upevnění znalostí a doplnění výuky předmětu Základy elektrotechniky. Výuka je prováděna formou simulace základních prvků elektronických obvodů a jednoduchých elektronických obvodů v programu Micro-Cap 9.0. Je žádoucí, aby se žáci pravidelně doma připravovali na výuku, případně si stáhli z domovské stránky výrobce Micro-Capu http://www.spectrum-soft.com výukovou verzi programu a v rámci domácí přípravy prováděli práci v programu. Výuka předmětu předpokládá, že vyučující vždy předem sdělí žákům, jaká úloha bude měřena. Žáci si připraví na danou hodinu písemnou přípravu ve svém sešitě a budou mít teoreticky nastudováno co je předmětem měření a budou znát princip a předpokládané výsledky měření.
Vzor záznamu o měření Záznam o měření Název úlohy: Zkoušený předmět: Datum měření: Teplota okolí: a = o C Relativní vlhkost: = % Schéma měřicí úlohy: Postup měření: ( Stručný výpis ze zadání měřicí úlohy ) Tabulky naměřených a vypočtených hodnot: ( Podle zadání měřicí úlohy )
Graf: ( Pokud jej vyžaduje zadání úlohy ) Závěr: ( Zhodnocení výsledků měření, zodpovězení otázek uvedených v zadání )
Přehled úloh: 1. Proudové pole měření na stejnosměrném zdroji 2. Ověření platnosti Ohmova zákona - měření elektrických napětí a proudů 3. Ověření platnosti Kirchhoffových zákonů měření na odporovém děliči proudu 4. Ověření platnosti Kirchhoffových zákonů měření na odporovém děliči napětí 5. Měření odporů výchylkovými metodami 6. Měření kapacity střídavým proudem 7. Měření indukčnosti střídavým proudem 8. Měření stejnosměrného výkonu 9. Měření na polovodičové diodě (měření přechodu PN) 10. Měření na LED diodě 11. Měření na Zenerově diodě (měření Zenerova přechodu) 12. Měření rezonanční křivky paralelního rezonančního LC obvodu 13. Měření rezonanční křivky sériového rezonančního LC obvodu 14. Měření přenosové charakteristiky integračního a derivačního článku
1. Proudové pole měření na stejnosměrném zdroji Úkol měření - změřte zatěžovací přímku daného zdroje, výsledek vyhodnoťte graficky - určete výkonovou charakteristiku zdroje Popis měřeného objektu - zdroj stejnosměrného napětí. Uo=10V, vnitřní odpor zdroje představuje rezistor Ri =10Ω. Postup měření - použijte zdroj stejnosměrného napětí 10V, vnitřní odpor zdroje simulujte rezistorem Ri =10Ω. Změřte zatěžovací přímku zdroje. Změňte velikost vnitřního odporu zdroje na hodnotu Ri=5 Ω, opakujte měření. - odpor zátěže měňte v rozsahu 40-200Ω s krokem 10Ω - výkon zdroje do zátěže vypočítejte podle vztahu P=Rz*I 2 - pro měření použijte dynamickou DC analýzu Schéma měřicí úlohy Tabulky naměřených a vypočtených hodnot ( Budou dvě tabulky. Jedna tabulka je pro Ri=10Ω, druhá tabulka je pro Ri=5Ω ) Číslo měření U[V] I[mA] Rz[Ohm] Pz[W] 1 40 2 50 3 60 4 70 5 80 6 90 7 100 8 110 9 120 10 130 11 140 12 150 13 160 14 170 15 180 16 190 17 200 Graf: závislost proudu do zátěže I na napětí na zátěži U Závěr: v závěru vyhodnoťte vliv Ri na průběh zatěžovací charakteristiky a na výkon zdroje.
2. Ověření platnosti Ohmova zákona - měření elektrických napětí a proudů Úkol měření - změřte VA-charakteristiku rezistoru, výsledek vyhodnoťte graficky - výpočtem určete velikost odporu rezistoru R pro různé hodnoty napětí U, závislost znázorněte graficky - s využitím výsledků měření vysvětlete platnost Ohmova zákona Popis měřeného objektu - rezistor s odporem R=500Ω Postup měření - použijte zdroj stejnosměrného napětí 100V - napětí zdroje měňte v rozsahu 0-100V s krokem 5V - výpočtem podle vzorce R=U/I určete velikost odporu rezistoru R pro jednotlivé hodnoty napětí U - pro měření použijte dynamickou DC analýzu, pro zobrazení můžete použít DC analýzu Schéma měřicí úlohy Tabulka naměřených a vypočtených hodnot Číslo měření U[V] I[mA] R[Ohm] 1 5 2 10 3 15 4 20 5 25 6 30 7 35 8 40 9 45 10 50 11 55 12 60 13 65 14 70 15 75 16 80 17 85 18 90 19 95 20 100
Graf: - VA charakteristika rezistoru (závislost proudu I na napětí U) - závislost odporu R na napětí U Závěr: s využitím grafů vyhodnoťte závislost proudu na napětí, odporu na napětí a vysvětlete platnost Ohmova zákona.
3. Ověření platnosti Kirchhoffových zákonů měření na odporovém děliči proudu Úkol měření - změřte celkový proud obvodu děliče sestaveného z rezistorů a proud v jednotlivých paralelních větvích děliče - ověřte platnost I. Kirchhoffova zákona Popis měřeného objektu - dělič proudu složený z paralelního zapojení pěti rezistorů s odporem R1=1Ω, R2=10Ω, R3=100Ω, R4=1kΩ, R5=10kΩ. Postup měření - k napájení obvodu použijte zdroj stejnosměrného napětí U1=10V - měřicí přístroj (ampérmetr) postupně připojujte do jednotlivých větví zapojení a měřte proud v těchto větvích. Nakonec změřte celkový proud obvodem. - napětí zdroje změňte na U=10V U=15V, U=20V, U=25V, U=30V a měření opakujte - dosažené výsledky porovnejte - pro měření použijte dynamickou DC analýzu Schéma měřicí úlohy Tabulka naměřených a vypočtených hodnot U I1 I2 I3 I4 I5 I I1+I2+I3+I4+I5 [V] [A] [A] [A] [A] [A] [A] [A] 10 15 20 25 30 Závěr: v závěru vyhodnoťte platnost I. Kirchhoffova zákona porovnáním výsledného proudu obvodem a součtu proudů jednotlivými větvemi obvodu. Výsledky zhodnoťte pro jednotlivá napětí zdroje.
4. Ověření platnosti Kirchhoffových zákonů měření na odporovém děliči napětí Úkol měření - změřte výstupní napětí U2 děliče sestaveného z deseti rezistorů stejných odporů pro všechny dělící poměry d, ověřte platnost II. Kirchhoffova zákona - graficky vyhodnoťte závislost U2/U1 =f (d) Popis měřeného objektu - dělič napětí složený ze sériového zapojení deseti rezistorů, každý se jmenovitým odporem R =10kΩ. Postup měření - k napájení obvodu použijte zdroj stejnosměrného napětí U1=10V - měřicí přístroj (voltmetr) postupně připojujte k jednotlivým bodům zapojení a měřte napětí v těchto bodech, pro měření použijte dynamickou DC analýzu - ze známé hodnoty napětí U1 a změřených hodnot U2 vypočítejte dělící poměr d=u2/u1 pro jednotlivé body zapojení - změňte napětí zdroje na U1=20V a měření opakujte Schéma měřicí úlohy Tabulka naměřených a vypočtených hodnot (Budou dvě tabulky, jedna je pro U1=10V a druhá je pro U1=20V) Svorka U1 U2 d=u2/u1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 [V] Graf: závislost U2/U1=f(d) pro obě hodnoty napětí U1 do jednoho grafu Závěr: v závěru vyhodnoťte vztah mezi změřeným napětím U2 a dělícím poměrem d [V]
5. Měření odporů výchylkovými metodami Úkol měření - změřte hodnotu odporu rezistoru porovnávací metodou voltmetrem a odporovým normálem - změřte hodnotu odporu rezistoru voltmetrem a ampérmetrem v zapojení pro malé hodnoty odporu (Rx menší než 1000Ω) - změřte hodnotu odporu rezistoru voltmetrem a ampérmetrem v zapojení pro velké hodnoty odporu (Rx větší než 1000Ω) Popis měřeného objektu - měřeným objektem jsou rezistory různých hodnot jmenovitého odporu - jmenovitý odpor: Rn =1000Ω, R1 =150Ω, R2 =510Ω, R3 =820Ω, R4 =2200Ω, R5 =6800Ω, R6 =10000Ω Postup měření - k napájení obvodu použijte zdroj stejnosměrného napětí U=20V - obvod zapojte podle zapojení a). Do série zapojte normálový odpor Rn a na místě Rx postupně připojujte rezistory R1 až R6. Pro jednotlivé rezistory změřte napětí Un a Ux. Ze změřených hodnot napětí vypočtěte hodnoty odporu rezistorů R1 až R6 a porovnejte se jmenovitými hodnotami odporu. - obvod zapojte podle zapojení b). Na místo Rx postupně připojujte rezistory R1, R2, R3. Změřte hodnoty napětí a proudů a vypočtěte hodnotu odporu jednotlivých rezistorů. Vypočtené hodnoty porovnejte s hodnotami jmenovitého odporu rezistorů. - obvod zapojte podle zapojení c). Na místo Rx postupně připojujte rezistory R4, R5, R6. Změřte hodnoty napětí a proudů a vypočtěte hodnotu odporu jednotlivých rezistorů. Vypočtené hodnoty porovnejte s hodnotami jmenovitého odporu rezistorů. - pro měření použijte dynamickou DC analýzu Schéma měřicí úlohy Zapojení a) Zapojení b) Zapojení c)
Tabulka naměřených a vypočtených hodnot Tabulka a) Měření Jmenovitý odpor Rn Un Ux Rx=Rn(Ux/Un) Odchylka číslo [Ω] [Ω] [V] [V] [Ω] [Ω] 1 150 1000 2 510 1000 3 820 1000 4 2200 1000 5 6800 1000 6 10000 1000 Tabulka b) Měření Jmenovitý odpor U I Rx=U/I Odchylka číslo [Ω] [V] [A] [Ω] [Ω] 1 150 2 510 3 820 Tabulka c) Měření Jmenovitý odpor U I Rx=U/I Odchylka číslo [Ω] [V] [A] [Ω] [Ω] 1 2200 2 6800 3 10000 Závěr: v závěru vyhodnoťte jednotlivé metody, možnosti jejich využití v praxi. Zdůvodněte použití zapojení b) pro měření malých odporů a využití zapojení c) pro měření velkých odporů.
6. Měření kapacity střídavým proudem Úkol měření - změřte pomocí střídavého proudu kapacitu kondenzátorů C1, C2, C3, C4 a kapacitu jejich paralelního zapojení - výpočet kapacity kondenzátoru proveďte pomocí Ohmova zákona a vztahu pro výpočet kapacitní reaktance kondenzátoru Xc. Pro jednodušší výpočet můžete využít substituci Xc = Z - porovnejte naměřené hodnoty se jmenovitou kapacitou kondenzátorů a s vypočtenou kapacitou paralelního zapojení podle obecně známých vzorců pro paralelní řazení kapacit Popis měřeného objektu - kondenzátory C1 = 220 nf, C2 = 680 nf, C3 = 220μF, C4 = 680μF Postup měření - k měření použijte zdroj střídavého napětí U = 20V, f = 50Hz, sinusového průběhu - do měřicího obvodu zapojte postupně kondenzátor C1, C2, C3, C4 a jejich paralelní zapojení a změřte hodnoty proudu a napětí v obvodu, vypočítejte kapacitu jednotlivých kondenzátorů a jejich paralelního zapojení - takto získané hodnoty porovnejte se jmenovitými hodnotami kapacity kondenzátorů C1, C2, C3, C4 a s vypočtenými hodnotami paralelního zapojení podle obecně známých vzorců pro paralelní řazení kapacit - k zobrazení simulace na PC použijte Transient Analysis Schéma měřicí úlohy Tabulky naměřených a vypočtených hodnot Číslo Měřená Jmenovitá kapacita U I Vypočtená měření kapacita (Kapacita paralelního řazení) [V] [A] kapacita [μf] 1 C1 220nF 20 2 C2 680nF 20 3 C3 220μF 20 4 C4 680μF 20 5 Paralelní zapojení 900,9μF 20 Závěr: v závěru vyhodnoťte zjištěné odchylky kapacity z jednotlivých měření od jmenovité kapacity kondenzátorů, příp.vypočtené kapacity paralelního zapojení a důvody jejich vzniku.
7. Měření indukčnosti střídavým proudem Úkol měření - určete indukčnost cívky voltmetrem a ampérmetrem, výsledek porovnejte se jmenovitou hodnotou a zdůvodněte odchylku - znázorněte graficky komplexní impedanci cívky - vysvětlete komplexní impedanci cívky a její jednotlivé složky Popis měřeného objektu - cívka (skutečná cívka) indukčnosti L = 256mH, činný (stejnosměrný) odpor cívky Rss = 60Ω Postup měření - k napájení měřicího obvodu použijte zdroj střídavého sinusového napětí, f = 50 Hz, jehož napětí budeme měnit v rozsahu U = 10 V 100 V, s krokem 10 V - pro každou hodnotu napětí postupně vypočtěte indukční reaktanci cívky X L, hodnotu impedance cívky Z a indukčnost cívky L 2 2 - pro výpočet využijte vztahy Z = U / I, X L Z Rss, L = X L / 2πf - vypočtené hodnoty indukčnosti porovnejte se jmenovitou hodnotou a vysvětlete možnosti vzniku odchylky - pro U = 10 V graficky znázorněte komplexní impedanci cívky - pro měření a zobrazení simulace použijte Transient Analysis Schéma měřicí úlohy
Tabulka naměřených a vypočtených hodnot Měření U I R SS f Z X L L číslo [V] [ma] [Ω] [Hz] [Ω] [Ω] [H] 1 10 60 50 2 20 60 50 3 30 60 50 4 40 60 50 5 50 60 50 6 60 60 50 7 70 60 50 8 80 60 50 9 90 60 50 10 100 60 50 Graf: zobrazení komplexní impedance cívky pro U=10V Závěr: v závěru vyhodnoťte odchylku vypočtené indukčnosti cívky od jmenovité hodnoty indukčnosti cívky a uveďte možnosti jejího vzniku. Vysvětlete komplexní impedanci cívky a její složky.
8. Měření stejnosměrného výkonu Úkol měření - prověřte závislost stejnosměrného výkonu na napájecím napětí - znázorněte graficky závislost stejnosměrného výkonu na napájecím napětí Popis měřeného objektu - rezistor se jmenovitým odporem R = 20 Ω Postup měření - k napájení měřicího obvodu použijte zdroj stejnosměrného napětí, které budeme měnit v rozsahu U = 0 V 30 V, s krokem 2 V - pro každou hodnotu napětí postupně vypočtěte stejnosměrný výkon podle vztahu P = U. I, 2 U odpor rezistoru R podle vztahu R=U/I a stejnosměrný výkon podle vztahu P R - hodnoty stejnosměrného výkonu vypočtené podle obou vztahů porovnejte mezi sebou a graficky znázorněte závislost stejnosměrného výkonu (P = U. I ) na napájecím napětí - pro měření použijte dynamickou DC analýzu, k zobrazení závislosti použijte DC analýzu Schéma měřicí úlohy Tabulka naměřených a vypočtených hodnot Číslo U I P=U. I P= U 2 / R R=U/I měření [ V ] [ A ] [ W ] [ W ] [ Ω ] 1 0 2 2 3 4 4 6 5 8 6 10 7 12 8 14 9 16 10 18 11 20 12 22 13 24 14 26 15 28 16 30
Graf: zobrazení závislosti výkonu vypočteného podle vztahu P=U. I na napájecím napětí Závěr: v závěru vyhodnoťte odchylku stejnosměrných výkonů vypočtených podle obou známých vztahů a vyhodnoťte závislost stejnosměrného výkonu na napájecím napětí.
9. Měření na polovodičové diodě (měření přechodu PN) Úkol měření - změřte a graficky znázorněte VA charakteristiku polovodičové diody (přechodu PN) - VA charakteristiku znázorněte pro propustný i nepropustný (závěrný směr) v jednom grafu - znázorněte formou grafu zvlášť propustný a nepropustný (závěrný) směr - k měření použijte dynamickou DC analýzu, VA charakteristiku můžete zobrazit pomocí DC analýzy Popis měřeného objektu - polovodičová dioda 1N4148, ochranný rezistor diody R1 = 20Ω Postup měření Propustný směr - použijte zdroj stejnosměrného napětí, jehož velikost měňte v rozsahu 0 až 7V s krokem 0,5V - pro jednotlivé hodnoty napětí zdroje odečítejte z měřicích přístrojů napětí na diodě a proud tekoucí diodou Nepropustný (závěrný) směr - použijte zdroj stejnosměrného napětí, jehož velikost měňte v rozsahu 0 až -50V s krokem 5V - pro jednotlivé hodnoty napětí zdroje odečítejte z měřicích přístrojů napětí na diodě a proud tekoucí diodou - pro měření použijte dynamickou DC analýzu, k zobrazení VA charakteristiky použijte DC analýzu Schéma měřicí úlohy
Tabulky naměřených a vypočtených hodnot Propustný směr Číslo U (zdroje) U (dioda) I měření [ V ] [ V ] [ ma ] 1 0 0 0,00 2 0,5 3 1 4 1,5 5 2 6 2,5 7 3 8 3,5 9 4 10 4,5 11 5 12 5,5 13 6 14 6,5 15 7 Nepropustný (závěrný) směr Číslo U U (dioda) I měření [ V ] [ V ] [ ma ] 1 0 0 0,00000000 2-5 3-10 4-15 5-20 6-25 7-30 8-35 9-40 10-45 11-50 Graf: zpracujte celkem tři grafy: - VA charakteristika diody - graf závislosti proudu na napětí v propustném směru - graf závislosti proudu na napětí v nepropustném (závěrném) směru Závěr: v závěru vyhodnoťte dosažené výsledky měření a porovnejte s teoretickými poznatky získanými v předmětu základy elektrotechniky. Vysvětlete činnost přechodu PN, činnost polovodičové diody v propustném a nepropustném (závěrném) směru.
10. Měření na LED diodě Úkol měření - změřte a graficky znázorněte voltampérovou charakteristiku předložených LED diod v propustném směru - VA charakteristiku znázorněte pro každou LED diodu do samostatného grafu - k měření použijte dynamickou DC analýzu, VA charakteristiku můžete zobrazit pomocí DC analýzy Popis měřeného objektu - LED dioda žlutá a LED dioda modrá, v sérii s LED diodou zapojte rezistor R1 = 20Ω. Postup měření - LED diody budeme měřit v propustném směru - použijte zdroj stejnosměrného napětí, jehož velikost měňte v rozsahu 2,00V až 2,50V s krokem 0,05V pro měření žluté LED diody - použijte zdroj stejnosměrného napětí, jehož velikost měňte v rozsahu 3,50V až 4,00V s krokem 0,05V pro měření modré LED diody - pro jednotlivé hodnoty napětí zdroje odečítejte z měřicích přístrojů napětí na diodě a proud tekoucí diodou - pro měření použijte dynamickou DC analýzu, k zobrazení VA charakteristiky použijte DC analýzu Schéma měřicí úlohy
Tabulky naměřených a vypočtených hodnot Žlutá LED dioda Číslo U (zdroje) U (na diodě) I měření [ V ] [ V ] [ ma ] 1 2,00 2 2,05 3 2,10 4 2,15 5 2,20 6 2,25 7 2,30 8 2,35 9 2,40 10 2,45 11 2,50 Modrá LED dioda Číslo U (zdroje) U (na diodě) I měření [ V ] [ V ] [ ma ] 1 3,50 2 3,55 3 3,60 4 3,65 5 3,70 6 3,75 7 3,80 8 3,85 9 3,90 10 3,95 11 4,00 Graf: zpracujte celkem dva grafy: - VA charakteristika žluté LED diody - VA charakteristika modré LED diody Závěr: v závěru vyhodnoťte dosažené výsledky měření a porovnejte s teoretickými poznatky získanými v předmětu základy elektrotechniky. Porovnejte hodnoty napětí a proudu u jednotlivých diod, při kterých dochází k otevření diod a jejich rozsvícení.
11. Měření na Zenerově diodě (měření Zenerova přechodu) Úkol měření - změřte a graficky znázorněte voltampérovou charakteristiku předložené Zenerovy diody (napěťově referenční diody) v propustném směru a v nepropustném směru - k měření použijte dynamickou DC analýzu, VA charakteristiku Zenerovy diody zobrazte pomocí DC analýzy Popis měřeného objektu - Zenerova dioda 1N752, do obvodu diody zapojte rezistor R1 = 330Ω. Postup měření - k napájení obvodu použijte zdroj stejnosměrného napětí, jehož velikost napětí měňte v rozsahu 0V až 10V s krokem 0,5V pro nepropustný (závěrný) směr a v rozsahu 0V až 8V s krokem 0,5 V pro propustný směr Nepropustný (závěrný) směr - použijte zapojení a) - pro jednotlivé hodnoty napětí zdroje odečítejte z měřicích přístrojů velikost napětí zdroje U1 z prvního voltmetru, velikost proudu tekoucího obvodem z ampérmetru a velikost napětí na Zenerově diodě U2 z druhého voltmetru - hodnoty naměřené v závěrném směru označujte záporným znaménkem Propustný směr - použijte zapojení b) - pro jednotlivé hodnoty napětí zdroje odečítejte z měřicích přístrojů velikost napětí zdroje U1 z prvního voltmetru, velikost proudu tekoucího obvodem z ampérmetru a velikost napětí na Zenerově diodě U2 z druhého voltmetru - pro měření použijte dynamickou DC analýzu, k zobrazení VA charakteristiky použijte DC analýzu - pro hodnoty napětí zdroje U1 = -10V, -7,5V, -5V, -2,5V, 2,5V, 5V, 7,5V, 8V vypočtěte odpor diody podle vzorce R = U / I - VA charakteristiku diody graficky znázorněte Schéma měřicí úlohy a) Nepropustný (závěrný)směr b) Propustný směr
Tabulky naměřených a vypočtených hodnot Propustný směr Číslo U1 (zdroje) U2 (dioda) I R měření [ V ] [ V ] [ ma ] [ Ω ] 1 0,00 2 0,50 3 1,00 4 1,50 5 2,00 6 2,50 7 3,00 8 3,50 9 4,00 10 4,50 11 5,00 12 5,50 13 6,00 14 6,50 15 7,00 16 7,50 17 8,00 Nepropustný (závěrný) směr Číslo U1 (zdroje) U2 (dioda) I R měření [ V ] [ V ] [ ma ] [ Ω ] 1 0,00 2-0,50 3-1,00 4-1,50 5-2,00 6-2,50 7-3,00 8-3,50 9-4,00 10-4,50 11-5,00 12-5,50 13-6,00 14-6,50 15-7,00 16-7,50 17-8,00 18-8,50 19-9,00 20-9,50 21-10,00 Graf: VA charakteristika Zenerovy diody Závěr: v závěru vyhodnoťte dosažené výsledky měření a porovnejte s teoretickými poznatky získanými v předmětu základy elektrotechniky. Porovnejte hodnoty napětí a proudu v propustném a nepropustném směru. Vysvětlete činnost Zenerovy diody, poukažte na možnosti jejího využití v elektrotechnické praxi.
12. Měření rezonanční křivky paralelního rezonančního LC obvodu Úkol měření - znázorněte graficky rezonanční křivku (závislost impedance na frekvenci) paralelního rezonančního LC obvodu Popis měřeného objektu - paralelní rezonanční LC obvod sestavený z prvků L1 = 256 mh (se stejnosměrným činným odporem R1 = 60 Ω) a C1 = 100nF Postup měření - k měření využijte generátor sinusového signálu, jehož frekvenci měňte v rozsahu 100Hz až 10kHz - zobrazte pomocí AC analýzy závislost proudu na frekvenci měřeného obvodu, ze které odečtěte pro jednotlivé hodnoty frekvence odpovídající hodnoty proudu - pro frekvenční osu (osu X) použijte logaritmickou stupnici - z grafické závislosti odečtěte rezonanční frekvenci měřeného obvodu - využitím Ohmova zákona ( Z = U / I ) vypočtěte hodnoty impedance náležející k jednotlivým hodnotám frekvence - sestrojte rezonanční křivku Z=f ( f ) 1 - vypočtěte hodnotu rezonanční frekvence obvodu pomocí vztahu f 2 LC Schéma měřicí úlohy
Tabulka naměřených a vypočtených hodnot f U I Z [ Hz ] [ V ] [ ma ] [ Ω ] 100 1 200 1 300 1 400 1 500 1 600 1 700 1 800 1 900 1 950 1 1000 1 1050 1 1200 1 1500 1 2000 1 3000 1 4000 1 5000 1 6000 1 7000 1 8000 1 9000 1 10000 1 Graf: zpracujte celkem dva grafy: - závislost proudu na frekvenci generátoru - rezonanční křivka paralelního rezonančního LC obvodu Závěr: v závěru vyhodnoťte dosažené výsledky měření a porovnejte s teoretickými poznatky získanými v předmětu základy elektrotechniky. Zhodnoťte průběh rezonanční křivky. Porovnejte hodnotu rezonanční frekvence LC obvodu získanou výpočtem s hodnotou rezonanční frekvence odečtenou z grafu. Případnou odchylku zdůvodněte.
13. Měření rezonanční křivky sériového rezonančního LC obvodu Úkol měření - znázorněte graficky rezonanční křivku (závislost impedance na frekvenci) sériového rezonančního LC obvodu Popis měřeného objektu - sériový rezonanční LC obvod sestavený z prvků L1 = 256 mh (se stejnosměrným činným odporem R1 = 60 Ω) a C1 = 100nF Postup měření - k měření využijte generátor sinusového signálu, jehož frekvenci měňte v rozsahu 100Hz až 10kHz - zobrazte pomocí AC analýzy závislost proudu na frekvenci měřeného obvodu, ze které odečtěte pro jednotlivé hodnoty frekvence odpovídající hodnoty proudu - pro frekvenční osu (osu X) použijte logaritmickou stupnici - z grafické závislosti odečtěte rezonanční frekvenci měřeného obvodu - využitím Ohmova zákona ( Z = U / I ) vypočtěte hodnoty impedance náležející k jednotlivým hodnotám frekvence - sestrojte rezonanční křivku Z=f (f ) 1 - vypočtěte hodnotu rezonanční frekvence obvodu pomocí vztahu f 2 LC Schéma měřicí úlohy
Tabulka naměřených a vypočtených hodnot f U I Z [ Hz ] [ V ] [ ma ] [ Ω ] 100 1 200 1 300 1 400 1 500 1 600 1 700 1 800 1 900 1 950 1 1000 1 1050 1 1200 1 1500 1 2000 1 3000 1 4000 1 5000 1 6000 1 7000 1 8000 1 9000 1 10000 1 Graf: zpracujte celkem dva grafy: - závislost proudu na frekvenci generátoru - rezonanční křivka sériového rezonančního LC obvodu Závěr: v závěru vyhodnoťte dosažené výsledky měření a porovnejte s teoretickými poznatky získanými v předmětu základy elektrotechniky. Zhodnoťte průběh rezonanční křivky. Porovnejte hodnotu rezonanční frekvence LC obvodu získanou výpočtem s hodnotou rezonanční frekvence odečtenou z grafu. Případnou odchylku zdůvodněte.
14. Měření přenosové charakteristiky integračního a derivačního článku Úkol měření - znázorněte graficky přenosovou charakteristiku (závislost přenosu A u na frekvenci) integračního a derivačního článku - z grafického vyjádření přenosové charakteristiky určete mezní frekvenci derivačního a integračního článku - ze známých hodnot prvků integračního a derivačního článku vypočtěte mezní frekvenci a porovnejte s mezní frekvencí určenou z grafického vyjádření přenosové charakteristiky, odchylku zdůvodněte Popis měřeného objektu - integrační článek sestavený z prvků R1 = 1kΩ, C1 = 100nF - derivační článek sestavený z prvků R2 = 1kΩ, C2 = 100nF Postup měření - k měření využijte generátor sinusového signálu, jehož frekvenci měňte v rozsahu 100Hz až 100kHz - zobrazte pomocí AC analýzy závislost přenosu na frekvenci integračního a derivačního článku - pro frekvenční osu (osu X) použijte logaritmickou stupnici - z přenosových charakteristik odečtěte pro jednotlivé hodnoty frekvence odpovídající hodnoty přenosu a zapište do tabulek - z grafické závislosti odečtěte hodnotu mezní frekvence obou měřených RC obvodů - vypočtěte hodnotu mezní frekvence derivačního a integračního článku pomocí vztahu 1 f m 2 RC - vypočtenou hodnotu mezní frekvence porovnejte s hodnotou mezní frekvence odečtenou z grafického vyjádření přenosové charakteristiky - sestrojte přenosovou charakteristiku derivačního a legračního článku Schéma měřicí úlohy
Tabulky naměřených a vypočtených hodnot a) integrační článek b) derivační článek f Au f Au [ Hz ] [ - ] [ Hz ] [ - ] 100 100 200 200 300 300 400 400 500 500 600 600 700 700 800 800 900 900 1000 1000 2000 2000 3000 3000 4000 4000 5000 5000 6000 6000 7000 7000 8000 8000 9000 9000 10000 10000 20000 20000 30000 30000 40000 40000 50000 50000 60000 60000 70000 70000 80000 80000 90000 90000 100000 100000 Graf: - přenosová charakteristika integračního článku a přenosová charakteristika derivačního článku v jednom grafu Závěr: v závěru vyhodnoťte dosažené výsledky měření a porovnejte s teoretickými poznatky získanými v předmětu základy elektrotechniky. Zhodnoťte průběh přenosové charakteristiky integračního a derivačního článku. Porovnejte hodnotu mezní frekvence RC obvodu získanou výpočtem s hodnotou mezní frekvence odečtenou z grafu pro integrační i derivační článek. Případnou odchylku zdůvodněte.