Fyzikální praktikum...

Podobné dokumenty
Fyzikální praktikum...

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

Fyzikální praktikum II

PRAKTIKUM... Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Odevzdal dne: Seznam použité literatury 0 1. Celkem max.

Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Pracoval: Jiří Kozlík dne:

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

Název: Měření nabíjecí a vybíjecí křivky kondenzátoru v RC obvodu, určení časové konstanty a její závislosti na odporu

Fyzikální praktikum II

Praktikum II Elektřina a magnetismus

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

Fyzikální praktikum II

PRAKTIKUM II. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. úlohač.5 Název: Měření osciloskopem. Pracoval: Lukáš Ledvina

3. Změřte závislost proudu a výkonu na velikosti kapacity zařazené do sériového RLC obvodu.

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

1. Změřte závislost indukčnosti cívky na procházejícím proudu pro tyto případy:

Systém vykonávající tlumené kmity lze popsat obyčejnou lineární diferenciální rovnice 2. řadu s nulovou pravou stranou:

Fyzikální praktikum III

Fyzikální praktikum I

Fyzikální praktikum FJFI ČVUT v Praze

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Pracoval: Pavel Ševeček stud. skup.: F/F1X/11 dne:

Fyzikální praktikum II

VOLTAMPÉROVÉ CHARAKTERISTIKY DIOD

2.POPIS MĚŘENÉHO PŘEDMĚTU Měřený předmětem jsou v tomto případě polovodičové diody, jejich údaje jsou uvedeny v tabulce:

PŘECHODOVÝ JEV V RC OBVODU

1. Změřit metodou přímou závislost odporu vlákna žárovky na proudu, který jím protéká. K měření použijte stejnosměrné napětí v rozsahu do 24 V.

Praktikum III - Optika

1. Navrhněte a prakticky realizujte pomocí odporových a kapacitních dekáda derivační obvod se zadanou časovou konstantu: τ 2 = 320µs

Elektronika pro informační technologie (IEL)

PRAKTIKUM II. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. úloha č. 6. Název: Měření účiníku. dne: 16.

pracovní list studenta RC obvody Měření kapacity kondenzátoru Vojtěch Beneš

Praktikum II Elektřina a magnetismus

2. Stanovte hodnoty aperiodizačních odporů pro dané kapacity (0,5; 1,0; 2,0; 5,0 µf). I v tomto případě stanovte velikost indukčnosti L.

Technická měření v bezpečnostním inženýrství. Elektrická měření proud, napětí, odpor

Střední průmyslová škola elektrotechnická a informačních technologií Brno

1. Stanovte a graficky znázorněte charakteristiky vakuové diody (EZ 81) a Zenerovy diody (KZ 703).

Praktikum II Elektřina a magnetismus

Střední průmyslová škola elektrotechnická a informačních technologií Brno

13 Měření na sériovém rezonančním obvodu

Laboratorní práce č. 3: Určení voltampérové charakteristiky polovodičové diody

Autor: Mgr. Lucia Klimková Název školy: Gymnázium Jana Nerudy, škola hl. města Prahy

Název: Měření paralelního rezonančního LC obvodu

Elektrická měření pro I. ročník (Laboratorní cvičení)

Střední průmyslová škola elektrotechnická a informačních technologií Brno

Elektronické praktikum EPR1

Příklady: 28. Obvody. 16. prosince 2008 FI FSI VUT v Brn 1

1. Změřte průběh intenzity magnetického pole na ose souosých kruhových magnetizačních cívek

Operační zesilovač, jeho vlastnosti a využití:

Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Praktikum IV

3.5 Ověření frekvenční závislosti kapacitance a induktance

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Pracoval: Pavel Ševeček stud. skup.: F/F1X/11 dne:

- Stabilizátory se Zenerovou diodou - Integrované stabilizátory

2.POPIS MĚŘENÉHO PŘEDMĚTU Měřeným předmětem je v tomto případě zenerova dioda její hodnoty jsou uvedeny v tabulce:

Měření pilového a sinusového průběhu pomocí digitálního osciloskopu

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK

Fyzikální praktikum...

Technická měření v bezpečnostním inženýrství. Elektrická měření proud, napětí, odpor

Mˇeˇren ı vlastn ı indukˇcnosti Ondˇrej ˇ Sika

Střední průmyslová škola elektrotechnická a informačních technologií Brno

Harmonický ustálený stav pokyny k měření Laboratorní cvičení č. 1

Fyzikální praktikum I

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

MĚŘENÍ Laboratorní cvičení z měření Měření parametrů tyristoru část Teoretický rozbor

2. Měření odporu rezistoru a volt-ampérové charakteristiky žárovky

Pracovní list - Laboratorní práce č. 7 Jméno: Třída: Skupina:

Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Posuzoval:... dne:...

Elektronické součástky - laboratorní cvičení 1

Manuální, technická a elektrozručnost

Praktikum II Elektřina a magnetismus

Laboratorní práce č. 2: Určení voltampérové charakteristiky polovodičové diody

PRAKTIKUM... Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Odevzdal dne: Seznam použité literatury 0 1. Celkem max.

Měření vlastností a základních parametrů elektronických prvků

Název: Polovodiče zkoumání závislosti odporu termistoru a fotorezistoru na vnějších podmínkách

2. Pro každou naměřenou charakteristiku (při daném magnetickém poli) určete hodnotu kritického

Srovnání charakteristik tónového generátoru a zvukové karty PC

PRAKTIKUM... Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Odevzdal dne: Seznam použité literatury 0 1. Celkem max.

Měření vlastností a základních parametrů elektronických prvků

7. Určete frekvenční charakteristiku zasilovače v zapojení jako dolní propust. U 0 = R 2 U 1 (1)

Elektronické praktikum EPR1

MĚŘENÍ Laboratorní cvičení z měření. Měření parametrů tyristoru, část 3-5-4

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

Studium klopných obvodů

propustný směr maximální proud I F MAX [ma] 75 < 1... při I F = 10mA > při I R = 1µA 60 < 0,4... při I F = 10mA > 60...

2.POPIS MĚŘENÉHO PŘEDMĚTU Měřeným předmětem je v tomto případě nízkofrekvenční nevýkonový tranzistor KC 639. Mezní hodnoty jsou uvedeny v tabulce:

1.Zadání 2.POPIS MĚŘENÉHO PŘEDMĚTU 3.TEORETICKÝ ROZBOR

Obr. 1 Činnost omezovače amplitudy

PŘECHODOVÝ DĚJ VE STEJNOSMĚRNÉM EL. OBVODU zapnutí a vypnutí sériového RC členu ke zdroji stejnosměrného napětí

Střední průmyslová škola elektrotechnická a informačních technologií Brno

Měření vlastností stejnosměrných tranzistorových zesilovačů

Měření kapacity kondenzátoru a indukčnosti cívky. Ověření frekvenční závislosti kapacitance a induktance pomocí TG nebo SC

INTEGROVANÁ STŘEDNÍ ŠKOLA TECHNICKÁ BENEŠOV. Černoleská 1997, Benešov. Elektrická měření. Tematický okruh. Měření elektrických veličin.

Střední průmyslová škola elektrotechnická a informačních technologií Brno

Jméno a příjmení. Ročník. Měřeno dne Příprava Opravy Učitel Hodnocení. Charakteristiky optoelektronických součástek

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Pracoval: Jan Polášek stud. skup. 11 dne

1.3 Bipolární tranzistor

Identifikátor materiálu: VY_32_INOVACE_357

PROTOKOL O LABORATORNÍM CVIČENÍ - AUTOMATIZACE

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

MĚŘENÍ PLANCKOVY KONSTANTY

Transkript:

Kabinet výuky obecné fyziky, UK MFF Fyzikální praktikum... Úloha č.... Název úlohy:... Jméno:...Datum měření:... Datum odevzdání:... Připomínky opravujícího: Možný počet bodů Udělený počet bodů Práce při měření 0-5 Teoretická část 0-1 Výsledky měření 0-8 Diskuse výsledků 0-4 Závěr 0-1 Seznam použité literatury 0-1 Celkem max. 20 Posuzoval:... dne:...

Pracovní úkol 1. Proměřte voltampérovou charakteristiku diaku a z ní určete: (a) spínací napětí při obou polaritách U B01, U B02 (b) pokles napětí na diaku při překročení spínacího napětí U (při obou polaritách) (c) tzv. symetrii diaku U B01 U B02. 2. Zapojte diak jako zdroj relaxačních kmitů. Změřte závislost periody těchto kmitů T na časové konstantě τ = RC obvodu při konstantním napětí zdroje (cca 40 V). Změřte závislost zhášecího U zh a spínacího U B 0 napětí na časové konstantě τ. 3. Při několika řádově různých hodnotách časové konstanty τ stanovte periodu kmitů též přímo osciloskopem a porovnáním s kmitočtem generátoru (pomocí Lissajousových obrazců). 4. V závislosti na napětí zdroje U 0 změřte frekvenci kmitů f, zhášecí U zh a spínací U B0 napětí diaku. Naměřené hodnoty periody ověřte výpočtem. 5. Sestrojte závislost spínacího napětí U B0 na frekvenci kmitů f. (Využijte dat změřených v pracovním úkolu 2 i 4.) 1 Teorie 1.1 VA charakteristika diaku Diak je spínací polovodičový systém se dvěma PN přechody (v podstatě se jedná o tranzistor bez připojené báze). Při nízkém napětí je vždy jeden přechod v závěrném směru a diakem neteče proud. Po překročení spínacího napětí U B0 dojde k lavinovitému průrazu přechodu a skokovému snížení odporu diaku, tedy i skokovému poklesu napětí U. Tato hodnota je závislá na velikosti proudu tekoucího diakem. Pokud napětí poklesne na hodnotu zhášecího napětí U zh, PN přechod se opět uzavře. Diak není zcela symetrický, symetií charakteristiky nazýváme veličinu U B01 U B02, kde U B0x jsou spínací napětí při opačných polaritách zapojení. Pro měření VA charakteristiky používáme zapojení obr. 1 [1]. Obrázek 1: Zapojení pro měření VA charakteristiky diaku 2

Obrázek 2: Zapojení pro měření relaxačních kmitů 1.2 Relaxační kmity v obvodu s diakem Zapojíme-li diak podle schématu na obr. 2. Po zapnutí zdroje kondenzátor začne nabíjet podle vztahu [1] ( ) U = U 0 1 e t RC kde U 0 je napětí zdroje, t je čas a τ = RC časová konstanta nabíjení závislá na odporu R a kapacitě kondenzátoru C. Jakmile napětí dosáhne hodnoty U = U B0, diak se otevře a kondenzátor se přes něj začne vybíjet až na hodnotu zhášecího napětí U zh, kdy se opět uazvře, atd. Toto napětí je obecně závislé na proudu tekoucím diakem v sepnutém stavu. Podle [1] pro dobu nabíjení kondenzátoru platí vztah ( ) U0 U zh t 1 = RC ln U 0 U B0 Pokud by odpor diaku r S byl nulový, pak dle [1] je doba vybíjení t 2 = 0 a t 1 = T, kde T je perioda kmitu. To lze předpokládat i pokud t 1 t 2. Jinak platí T = t 1 + t 2. (1) (2) 2 Pomůcky diak, voltmetr, ampérmetr, osciloskop, digitální generátor kmitů, propojovací vodiče, laboratorní zdroj napětí 3 Výsledky měření Podmínky měření Voltmetr na rozsahu 200 V měří s přesností ±(0, 3 % + 1digits), použitý ampérmetr na rozsahu 7,5 ma má třídu přesnosti 0,2. Kapacitu i odpor na dekádách uvažujeme přesné (vzhledem k měření T a f). Přesnost měření T resp. t 1 pomocí osciloskopu odhadujeme jako 1 % z hodnoty (mírně nadhodnoceno). Přesnost měření t 2 na osciloskopu odhadujeme jako 10 % hodnoty, nebot na daném rozsahu nebylo možno nastavit pozice kurzorů zcela přesně. Přesnost měření napětí na osciloskopu opět odhadujeme na 1 % z hodnoty. 3

Tabulka 1: Voltampérová charakteristika diaku +21- +12- U I U I [V] [ma] [V] [ma] 6,3 0 6 0 12,3 0 12,1 0 17,4 0 21,6 0 24,7 0 25,8 0 30,3 0 28,9 0 24 2,5 30,3 0 23,8 3 24 2,3 23,6 4 23,5 4 23,4 5 23,4 4,9 23,2 6,1 23,2 6 23,1 7,3 23,1 7,5 Během experimentu byla zjištěna nefunkčnost analogového generátoru, bylo tedy potřeba použít generátoru digitálního, který má však natolik hrubé ladění, že se nepovedlo dosáhnout zastavení Lissajousových obrazců na osciloskopu. Přesnost nastavení odhadujeme na 5 %. 3.1 Voltampérová charakteristika diaku Byl sestaven obvod podle schématu 1 a provedeno měření voltampérové charakteristiky (tab. 1). Záporné hodnoty v grafu 3 mají význam převrácené polarity. Použitý odpor: R = 3 kω. 8 6 4 2 I [m A ] 0-2 -4-6 -8-3 0-2 0-1 0 0 1 0 2 0 3 0 U [V ] Obrázek 3: Voltampérová charakteristika diaku. Polarita +12- vykreslena jako záporná Spínací napětí pro obě polarity bylo měřeno voltmetrem s funkcí HOLD, která zaznamenává nejvyšší naměřenou hodnotu. Pro výsledky viz tab. 2. 4

Tabulka 2: Spínací napětí diaku při obou polaritách +12- +21- U B01 [V] U B02 [V] 30,6 30,9 30,7 31,1 30,6 31,3 30,3 30,5 30,8 31,1 Tabulka 3: Závislost U B0, U zh a t 1 na C (f vypočítaná z T ) C τ t 1 t 2 T f U B0 U zh f Lissajous [µf] [ms] [ms] [µs] [ms] [Hz] [V] [V] [Hz] 0,01 0,03 0,0129 3,7 0,0166 60200 26,4 19,2 0,02 0,06 0,0279 4,2 0,0321 31200 26,5 17,1 0,05 0,15 0,0876 4,2 0,0918 10900 26,6 13,5 0,1 0,3 0,233 5 0,238 4200 27,1 10,5 0,2 0,6 0,538 0 0,538 1860 28,2 8,54 0,5 1,5 1,44 0 1,44 694 29,5 7,5 692 1 3 2,98 0 2,98 336 30,6 7,7 305 2 6 6,4 0 6,4 156 31,9 8,2 5 15 16,5 0 16,5 60,66 32,3 9,65 61 10 30 31,5 0 31,5 31,7 32,3 11 Statistickým zpracováním dle [2] s uvážením chyby voltmetru byly zjištěny následující hodnoty spínacího napětí: U B01 = (30, 6 ± 0, 3) V Z toho můžeme vypočítat symetrii diaku U B02 = (31, 0 ± 0, 4) V U B01 U B02 = (0, 4 ± 0, 7) tedy diak je symetrický v rámci chyby měření. Dále můžeme určit U při obou polaritách (pro porovnání počítáme v obou případech při proudu 4 ma viz tab. 1). U 1 = (7, 1 ± 0, 5) V U 2 = (7, 4 ± 0, 6) V 3.2 Relaxační kmity v obvodu s diakem Nejprve byla měřena závislost U B0, U zh a t 1 resp. T na C. Pro první čtyři kapacity byla uvažována i vybíjecí doba t 2, pro další měření je zanedbatelná vzhledem k chybě měření t 1. Použítý odpor: R = 3 kω, polarita +21-, napětí 40 V. Zároveň bylo provedeno měření pomocí Lissajousových obrazců (poslední sloupec tabulky). Naměřené hodnoty jsou v tab. 3, výsledky vyneseny do grafů 4 a 5. Pro měření závislosti U B0, U zh a f na U 0 byla použit kondenzátor o kapacitě C = 0, 5 µf, R = 3 kω, polarita +21-. Podle zadání by se měla naměřit frekvence a (z ní vypočítaná perioda 5

1 0 T [m s ] 1 0,1 0,0 1 0,1 1 1 0 τ [m s ] Obrázek 4: Závislost periody kmitů na relaxační době (proloženo lin. fitem) 3 5 3 0 2 5 U B 0 U [V ] 2 0 U z h 1 5 1 0 5 0,1 1 1 0 τ [m s ] Obrázek 5: Závislost spínacího a zhášecího napětí na relaxační době (proloženo splinem) 6

Tabulka 4: Závislost U B0, U zh a f na U 0 U 0 f f teor U B0 U zh [V] [Hz] [Hz] [V] [V] 33,5 258 248 31,6 5,5 55,2 1220 1198 28,4 8,45 74,6 2030 2022 27,5 9,1 87,3 2560 2556 27,4 9,55 98,6 3140 3085 27,1 9,85 109,9 3660 3701 26,8 10,4 (?)) pak srovnat s teoretickými hodnotami periody (?), logičtější nicméně je změřit frekvenci a porovnat s vypočítanou frekvencí jako t 1 1 ze vztahu 2. Pro výsledky viz tab. 4, z ní zpracované grafy viz obr. 6 a 7. Z dat získaných při měření závislosti parametrů na C a U 0 byla dále vynesena závislost U B0 (f), viz graf 8. 4 Diskuze výsledků Z měření VA charakteristiky (obr. 3) plyne, že diak lze považovat za symetrický v rámci chyby měření. Přesnější měření by bylo možno provést pomalejším a citlivějším zvyšováním napětí spolu s přesnějším voltmetrem, anebo použítím zapisovače. Závislost frekvence resp. periody kmitů odpovídá teorii (obr. 4) je lineární. Závislost zhášecího a spínacího napětí už je po poznání zajímavější: spínací napětí s rostoucím τ mírně roste; při vyšších frekvencích proud diakem nestihne dohasnout, takže následující průraz je jednodušší (stačí nižší napětí), což lze pozorovat i na obr. 8. Naopak zhášecí napětí nejprve dle předpokladů prudce klesá až na hodnotu 7,5 V při 0,5 µf, od které opět mírně roste. To je pravděpodobně způsobeno proudovou závislostí (v minimu diak ještě chvilku dohasíná i po překročení U zh, při vyšších frekvencích proud klesá pomaleji, a skutečné zhášecí napětí se blíží teoretickému). Závislost frekvence kmitů na nabíjecím napětí odpovídá teoretické závislosti, důvodem je rychlejší nabíjení kondenzátoru vyššími proudy. Závislost zhášecího a spínacího napětí je vidět na obr. 7 spínací napětí klesá v důsledku zvýšení teploty procházejícími vyššími proudy, zhášecí napětí roste v důsledku závislosti na vnitřním odporu diaku, který už nelze pokládat za nulový. 5 Závěr Byly změřeny následující parametry diaku: U B01 = (30, 6 ± 0, 3) V U B02 = (31, 0 ± 0, 4) V U B01 U B02 = (0, 4 ± 0, 7) U 1 = (7, 1 ± 0, 5) V U 2 = (7, 4 ± 0, 6) V Pozorované závislosti odpovídají teoretickým předpokladům (viz diskuze). 7

4 0 0 0 3 5 0 0 3 0 0 0 2 5 0 0 f [H z ] 2 0 0 0 1 5 0 0 fre k v e n c e k m itu te o re tic k a h o d n o ta 1 0 0 0 5 0 0 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 1 1 0 1 2 0 U 0 [V ] Obrázek 6: Závislost frekvence na napětí zdroje (teoretické hodnoty proloženy splinem) 3 0 2 5 U [V ] 2 0 1 5 U B 0 U z h 1 0 5 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 1 1 0 U 0 [V ] Obrázek 7: Závislost spínacího a zhášecího napětí na napětí zdroje (proloženo splinem) 8

3 3 3 2 3 1 3 0 U B 0 [V ] 2 9 2 8 2 7 2 6 0,1 1 1 0 f [k H z ] Obrázek 8: Závislost spínacího napětí na frekvenci kmitů Reference [1] Studijní text k Praktiku II. [online], [cit. 2013-12-15]. URL <http://physics.mff.cuni.cz/vyuka/zfp/_media/zadani/texty/txt_214.pdf> [2] Englich, J.: Úvod do praktické fyziky. Praha: Matfyzpress, první vydání, 2006, ISBN 80-867- 3293-2, 145 s. 9