Přechodové jevy, osciloskop Cíl cvičení: 1. seznámit se s funkcemi osciloskopu, paměťového osciloskopu 2. pozorovat přechodové stavy na RC, RL a RLC obvodech, odečíst parametry přechodového děje na osciloskopu a porovnat s hodnotami vypočtenými podle hodnot součástek Přístroje: 2x osciloskop Goldstar analogový 1x osciloskop Goldstar číslicový, paměťový 1x měřící transformátor proudu LEM cívky, kondenzátory, rezistory 2x generátor obdélníků (Rg = cca 130 Ω) 2x zdroj Pozn.: V následujícím textu jsou schémata zapojení převzata z programu MicroCap (http://www.spectrum-soft.com/index.shtm), který byl použit pro simulaci obvodu v přechodovém stavu. Z tohoto důvodu neodpovídají doporučeným značkám dle učebního textu "Elektrické obvody a elektronika" Pro písemné zpracování v poznámkách respektive referátech použijte doporučeného značení. Úkol: 1. Pozorujte na analogovém osciloskopu průběh výstupního napětí z generátoru obdélníků. Průběh zakreslete a určete amplitudu, frekvenci a střídu signálu ZDROJ 3 x 5V (15V) Generátor Osciloskop Y obr. 1
2. Na výstup generátoru pulzů připojte sériový RL nebo RC obvod dle obr. 2 nebo 3. Pozorujte průběh signálu v bodech 1 a 2 pro různé hodnoty R, L nebo C. Pro jednu vybranou kombinaci RL nebo RC zakreslete průběh naměřený v bodech 1 a 2 a porovnejte ho s průběhem získaným řešením příslušné diferenciální rovnice. obr. 2 obr. 3 obr. 4
obr. 5 Na obrázcích 4 a 5 jsou uvedeny příklady měřených průběhů napětí v uzlech 1 a 2 a průběh proudu rezistorem R1 (v obvodu) Z vyneseného grafu průběhu napětí určete časovou konstantu přechodového děje. (ze směrnice v počátku, nebo z doby za kterou změna dosáhne 63% ustálené hodnoty) a porovnejte ji s hodnotou vypočtenou dle vztahu τ = L/R nebo τ = R.C. Při výpočtu nezapoměňte vzít v úvahu vnitřní odpor generátoru pulzů, který je nutné při výpočtu uvažovat. Poznámka: Vnitřní odpor generátoru určete výpočtem ze změřeného poklesu napětí při zatížení generátoru známou impedancí. Viz také cvičení na Theveninův teorém ve třetím výukovém týdnu. Poznámka 2: Řešení diferenciálních rovnic obvodů RC, RL a seriový RLC viz skripta Olektrické obvody a elektronika strana 24 až 28.
3. Sestavte sériový RLC obvod a pozorujte průběh napětí na jednotlivých prvcích. Průběh v měřítku zakreslete. Sestavte a vyřešte diferenciální rovnici obvodu a vypočtenou úhlovou rychlost kmitavého průběhu porovnejte s frekvencí kmitů odečtených z osciloskopu - zakresleného průběhu.
4. Na paměťovém osciloskopu pozorujte průběh proudu při zapnutí indukční zátěže se zaměřením se na okamžik sepnutí obvodu. Jako zátěž použijte nezatížený autotransformátor nebo asynchronní motor. obr. 5 nastavení osciloskopu: čas. zákl.: mode: NORM citlivost: 10ms/DIV vstup X: vst. citl.: 50mV/DIV storage mode: storage (svítí kontrolka) roll off (tlačítko MODE, pokud nebylo změněno není třeba nastavovat) postup měření: 1. Stisknout SINGLE (rozsvítí se kontrolka) a zapnout napájení transformátoru. Kontrolka SINGLE zhasne. 2. Osciloskop přejde do stavu HOLD (svítí kontrolka) a zobrazí průběh proudu. 3. Stav HOLD se zruší stiskem tlačítka HOLD, kontrolka HOLD zhasne 4. Měření opakujte od bodu 1. Možné problémy a jejich řešení: Osciloskop přejde okamžitě se stavu SINGLE do stavu HOLD bez zapnutí nap. trafa - čas. základna pravděpodobně pracuje v režimu AUTO, nebo je špatně nastavené spouštění čas. základny. Nastavte Č.Z. v nepaměťovém režimu. Po zapnutí se nezmění obsah obrazovky, osciloskop zůstává ve stavu SINGLE - špatně nastavené spouštění čas. základny. Nastavte Č.Z. v nepaměťovém režimu. Nejde nastavit v paměťovém režimu Č.Z. na 10ms/DIV - není vypnutý režim ROLL. V paměťovém režimu nastavte pomocí tl. MODE a SELECT režim ROLL OFF.
Průběh signálů na obvodu RC Průběh signálů na obvodu RL
Průběh signálů na obvodu RLC Průběh signálů na indukční zátěži (RT nebo AM)