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=
Schéma měřicí úlohy:
Postup měření:
( Stručný výpis ze zadání měřicí úlohy )
Tabulky naměřených a vypočtených hodnot:
( Podle zadání měřicí úlohy )
o
C
Relativní vlhkost:
=
%
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*I2
- 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
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
U[V]
I[mA]
Rz[Ohm]
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
Pz[W]
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
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
U[V]
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
I[mA]
R[Ohm]
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
[V]
[V]
d=U2/U1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
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
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
Měření
Jmenovitý
odpor
U
I
Rx=U/I
Odchylka
číslo
[Ω]
[V]
[A]
[Ω]
[Ω]
1
150
2
510
3
820
U
[V]
I
[A]
Rx=U/I
[Ω]
Odchylka
[Ω]
Tabulka b)
Tabulka c)
Měření
číslo
1
2
3
Jmenovitý
odpor
[Ω]
2200
6800
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 XL, hodnotu
impedance cívky Z a indukčnost cívky L
- pro výpočet využijte vztahy Z = U / I , XL
Z 2 Rss 2 , L = XL / 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
číslo
[V]
[mA]
1
RSS
[Ω]
f
Z
[Hz]
[Ω]
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
XL
[Ω]
L
[H]
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 ,
U2
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
měření
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
U
I
P=U . I
P= U2 / R
R=U/I
[V]
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
[A]
[W]
[W]
[Ω]
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
měření
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
U (zdroje)
[V]
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
5,5
6
6,5
7
U (dioda)
[V]
0
I
[ mA ]
0,00
Nepropustný (závěrný) směr
Číslo
měření
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
U
[V]
0
-5
-10
-15
-20
-25
-30
-35
-40
-45
-50
U (dioda)
[V]
0
I
[ mA ]
0,00000000
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
měření
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
U (zdroje)
[V]
2,00
2,05
2,10
2,15
2,20
2,25
2,30
2,35
2,40
2,45
2,50
U (na diodě)
[V]
I
[ mA ]
Číslo
měření
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
U (zdroje)
[V]
3,50
3,55
3,60
3,65
3,70
3,75
3,80
3,85
3,90
3,95
4,00
U (na diodě)
[V]
I
[ mA ]
Modrá LED dioda
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
měření
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
U1 (zdroje)
[V]
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
4,50
5,00
5,50
6,00
6,50
7,00
7,50
8,00
U2 (dioda)
[V]
I
[ mA ]
R
[Ω]
U2 (dioda)
[V]
I
[ mA ]
R
[Ω]
Nepropustný (závěrný) směr
Číslo
měření
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
U1 (zdroje)
[V]
0,00
-0,50
-1,00
-1,50
-2,00
-2,50
-3,00
-3,50
-4,00
-4,50
-5,00
-5,50
-6,00
-6,50
-7,00
-7,50
-8,00
-8,50
-9,00
-9,50
-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
[V]
[ Hz ]
100
200
300
400
500
600
700
800
900
950
1000
1050
1200
1500
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
I
[ mA ]
Z
[Ω]
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
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
[V]
[ Hz ]
100
200
300
400
500
600
700
800
900
950
1000
1050
1200
1500
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
I
[ mA ]
Z
[Ω]
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
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 Au 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
fm
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
f
[ Hz ]
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
80000
90000
100000
Au
[-]
b) derivační článek
f
[ Hz ]
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
80000
90000
100000
Au
[-]
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.
Download

Skripta Elektrická měření pro 1.ročník - em