Vysoká škola báňská – Technická universita Ostrava
Fakulta elektrotechniky a informatiky
Základy elektroniky – ZEL
Laboratorní úloha č. 1
Odporový dělič napětí a proudu, princip superpozice
Datum měření:
Datum odevzdání:
Skupina ve cvičení:
Učitel:
Tento protokol vypracoval
Jméno: Jiří Znoj
Login: ZNO0011
Email: [email protected]
20. 9. 2011
27. 9. 2011
16:00 – 17:30
Ing. Lukáš Paulinský
Na měření spolupracoval
Jméno: Dluhoš Jan
Login: DLU0023
Jiří Znoj – ZNO0011
Základy elektroniky – ZEL
Laboratorní úloha č. 1
23. 9. 2011
A. Zadání úlohy
I. Odporový dělič napětí:
1. Pro nezatížený odporový dělič napětí na obr. 1 odvoďte vztahy pro výpočet napětí UR1 a UR2.
2. Změřte napětí UR1, UR2 pro napětí U3 = 12 V (nastavíme na ZDR) a hodnoty R1=1 kΩ, R2 = 2 kΩ a porovnejte
naměřené hodnoty s odvozenými vztahy:
3. Totéž proveďte pro U3 = 12 V, R1=10 kΩ, R2 = 2 kΩ.
4. Měřením napětí U3, UR1, UR2 ověřte platnost 2. Kirchhoffova zákona.
Viz obr. 1
II. Odporový dělič proudu:
1. Pro odporový dělič proudu na obr. 2 odvoďte vztahy pro výpočet proudů I1 a I2.
2. Změřte proudy I1, I2 pro napětí UCC = 10 V (nastavíme na ZDR) a hodnoty R1=1 kΩ,
R2 = 2 kΩ a porovnejte naměřené hodnoty s odvozenými vztahy:
3. Totéž proveďte pro U3 = 10 V, R1=10 kΩ, R2 = 2 kΩ.
4. Měřením proudů I3, I1, I2 ověřte platnost 1. Kirchhoffova zákona.
Viz obr. 2
III. Princip superpozice:
1. Pro elektrický obvod uvedený na obr. 3 s využitím principu superpozice odvoďte vztah pro výpočet napětí
UR3.
2. Pro hodnoty U1 = 10 V, U2 = 5 V, R1 = 10 kΩ, R2 = 1 kΩ a R3 = 2 kΩ zapojení na
obr. 3 změřte napětí UR1, UR2, UR3, U1, U2 a ověřte platnost 2. Kirchhoffova zákona.
3. Zdroj napětí U2 = 5 V (ZDR2) odpojte a uzly 2 – 4 propojte, viz obr. 4 a změřte napětí 1UR3, pak odpojte zdroj
napětí U1 = 10 V, uzly 1 - 4 propojte a změřte napětí 2UR3, viz. obr. 5. Princip superpozice ověříme platností
vztahu UR3 = 1UR3 + 2UR3 a porovnáním zjištěné hodnoty s naměřenou hodnotou UR3 v předcházejícím
měřením.
Viz obr. 3, 4, 5
2
Jiří Znoj – ZNO0011
Základy elektroniky – ZEL
Laboratorní úloha č. 1
23. 9. 2011
B. Schémata zapojení
3
Jiří Znoj – ZNO0011
Základy elektroniky – ZEL
Laboratorní úloha č. 1
23. 9. 2011
4
Jiří Znoj – ZNO0011
Základy elektroniky – ZEL
Laboratorní úloha č. 1
23. 9. 2011
C. Použité přístroje a pomůcky
a. Regulovatelný zdroj stejnosměrného napětí - Diametral P230R51D
b. 3x multimetr Mastech M3900
c. Rezistory – dvoukolíkové o velikostech 1kΩ, 2kΩ a 10kΩ
D. Postup měření
Připravíme si všechny přístroje a součástky. Před zapojováním se ujistíme, že nemáme zdroj připojen k
napájení. Podle schématu si zapojíme elektrický obvod. Před měřením si všechno zkontrolujeme, aby
nedošlo k poškození přístrojů a součástek ani k chybě měření. Poté zapneme zdroj. Pokud je vše v pořádku,
multimetry nám budou zobrazovat naměřené hodnoty. Hodnoty si zapíšeme a odpojíme zdroj. Poté
pokračujeme stejným způsobem s dalšími úlohami.
E. Výpočty
I/1)
Odvození vztahů:
U3
R1
UR1
R1
UR1
I
I/2)
Naměřené hodnoty:
U3 = 11,91 V (Na zdroji nastaveno 12, ale multimetrem naměřeno v obvodu 11,91 V)
UR1 = 3,97 V
UR2 = 7,95 V
Vypočtené hodnoty:
5
Jiří Znoj – ZNO0011
Základy elektroniky – ZEL
Laboratorní úloha č. 1
23. 9. 2011
I/3)
Naměřené hodnoty:
U3 = 11,91 V (Na zdroji nastaveno 12, ale multimetrem naměřeno v obvodu 11,91 V)
UR1 = 9,93 V
UR2 = 1,99 V
Vypočtené hodnoty:
I/4)
Ověření platnosti II. Kirchhoffova zákona pro příklad I/2
UR3 = UR1 + UR2
Naměřené hodnoty:
11,91 = 3,97 + 7,94
11,91 = 11,91
Teoretické vypočtené hodnoty:
12 = 4 + 8
12 = 12
Ověření platnosti II. Kirchhoffova zákona p pro příklad I/3
UR3 = UR1 + UR2
Naměřené hodnoty:
11,91 = 9,93 + 1,99
11,91 ≐ 11,92
Teoretické vypočtené hodnoty:
12 = 10 + 2
12 = 12
(odchylka 0,01 V je způsobena nepřesností přístrojů a okolními vlivy
II/1)
I1
R1
I2
R2
ZP
II/2)
Naměřené hodnoty:
I3 = 14,9 mA
I1 = 9,9 mA
I2 = 5,0 mA
Vypočtené hodnoty:
6
Jiří Znoj – ZNO0011
Základy elektroniky – ZEL
Laboratorní úloha č. 1
23. 9. 2011
II/3)
Naměřené hodnoty:
I3 = 6,0 mA
I1 = 1,0 mA
I2 = 5,0 mA
Vypočtené hodnoty:
II/4)
Ověření platnosti I. Kirchhoffova zákona pro příklad II/2
I3 = I1 + I2
Naměřené hodnoty:
14,9 = 9,5 + 5,0
14,9 = 14,9
Teoretické vypočtené hodnoty:
14,9 = 9,93 + 4,97
14,9 = 14,9
Ověření platnosti I. Kirchhoffova zákona pro příklad II/3
I3 = I1 + I2
Naměřené hodnoty:
6,0 = 1,0 + 5,0
6,0 = 6,0
Teoretické vypočtené hodnoty:
6,0 = 1,0 + 5,0
6,0 = 6,0
III/1)
III/2)
Naměřené hodnoty:
U1 = 10 V
U2 = 5 V
UR1 = 6,23 V
UR2 = -1,26 V
UR3 = 3,76 V
7
Jiří Znoj – ZNO0011
Základy elektroniky – ZEL
Ověření platnosti II. Kirchhoffova zákona:
U1 = UR1 + UR3
10 = 6,23 + 3,76
10 ≐ 9,99
Laboratorní úloha č. 1
23. 9. 2011
UR3 = UR2 + U2
3,76 = -1,26 + 5
3,76 ≐ 3,74
(chyba je způsobena chybou přístrojů a okolním prostředím)
III/3)
1
UR3 = 1UR3 + 2UR3
UR3 = 3,75 V
UR3 = 0,61 V
UR3 = 3,14 V
2
Porovnáním právě získané hodnoty UR3 (3,76) s hodnotou UR3 (3,75) naměřenou v příkladu III/2 si ověříme princip
superpozice.
F. Závěr
V prvním laboratorním cvičení jsme za pomoci zdroje stejnosměrného napětí, zapojeného obvodu podle schémat na
obrázcích 1 – 5 a multimetru ověřili platnost Kirchhoffových zákonů a princip superpozice.
V první úloze jsme odvodili za pomoci Ohmova zákona vztahy pro výpočet napětí UR1 a UR2, dosadili do nich známé
hodnoty a výpočet porovnali s hodnotami naměřenými. Hodnoty byly totožné až na malou odchylku, která vznikla
nepřesností použitých přístrojů nebo okolním prostředím. Dále jsme pak pro oba tyto případy ověřili platnost II.
Kirchhoffova zákona.
Ve druhé úloze jsme opět pomocí Ohmova zákona odvodili vztahy pro I1 a I2, dosadili do nich známé hodnoty a
výpočet porovnali s hodnotami naměřenými. I zde byly hodnoty stejné až na malou odchylku vzniklou okolním
prostředím nebo nepřesností přístrojů. Pro naměřené i spočítané hodnoty jsme ověřili platnost I. Kirchhoffova
zákona.
V poslední úloze jsme pomocí Ohmova a Kirchhoffova zákona odvodili vztah pro výpočet UR3. Porovnáním hodnoty
(1UR3 + 2UR3) z obvodů 4 a 5 s hodnotou UR3 z obvodu 3 jsme ověřili princip superpozice.
8
Download

Odporový dělič napětí a proudu, princip superpozice