Mät upp- och urladdning av kondensatorer

Transkript

1 elab011a Namn Daum Handledarens sign. Laboraion Mä upp- och urladdning av kondensaorer Varför denna laboraion? Oscilloskope är e vikig insrumen för a sudera kurvformer. Avsiken med den här laboraionen är a räna grundläggande analys- och mäeknik vid mäning med oscilloskop. Du kommer a mäa kondensaorers upp- och urladdning sam beräkna idskonsanen i en -kres. De förusäs a du redan är bekan med hur oscilloskope fungerar. pp- och urladdning av en kondensaor Om man vill sudera upp- och urladdning av en kondensaor brukar man använda följande kopplingar för uppladdning och urladdning: S1 I V Volmeer S1 I V Volmeer När S1 slus laddas kondensaorn. När S1 brys urladdas kondensaorn. Förloppe kan suderas genom a mäa spänningen över kondensaorn. Probleme är a fånga e ensaka förlopp på en oscilloskopskärm. Dea kan man göra med e minnesoscilloskop men de finns en enkel lösning även för e vanlig oscilloskop uan minnesfunkion. Isälle för spänningskällan och en omkopplare (S1) som du ser i schema ovan kan man använda en funkionsgeneraor (enlig nedan). En funkionsgeneraor kan lämna olika vågformer på sin ugång. En av dessa är fyrkansvågen. En fyrkansvåg kan simulera bryaren i schema ovan. Hög spänning mosvarar a S1 kopplas in och låg spänning mosvarar a S1 kopplas ur. För a dea skall fungera i prakiken gäller de a pulslängden och pulsuppehålle är illräcklig långa så a kondensaorn verkligen hinner laddas upp och ur i varje period. Lämplig pulsid och uppehåll är Oscilloskop 5. I dea fall kommer upp- och urladdning a upprepas på oscilloskopes skärm i ak med fyrkansvågen. Principen för en koppling där en pulsgeneraor ersäer den manuella swichen S1 ser u så här: Får kopieras med angivande av källan: Sidan 1

2 Mä upp- och urladdning av en kondensaor rusning * Analog Mulimeer * Digial Mulimeer * Kopplingsplaa * Oscilloskop med mäprobar * Funkionsgeneraor med ansluningssladd. BN krokodilklämma. * Diverse: Kopplingssladdar för spänningsaggrega, flera färger isolerad enkelledare ill kopplingsplaan och avbiarång. * Komponensas: Mosånd: 1kohm, Kondensaorer: 220nF, 220µF, 1µF och 2 s 0,1µF. (Komponensas: ELK011A) Tesa kondensaorn med en analog mulimeer Innan du gör uppkopplingen för a mäa en -kres idskonsan kan du prova på e enkel men prakisk sä a snabbesa om en kondensaor fungerar. Dea kan man göra genom en resisansmäning - hels med en analog mulimeer. När du mäer resisansen i en kondensaor med en analog mulimeer kopplas en spänning in över kondensaorn. Den sröm som uppsår är omvän proporionell mo resisansen efersom I = /. Mä på område för x10k (eller x1k) - resisansmäning. Kondensaorn skall ine vara uppladdad. Vid inkopplingsögonblicke är resisansen låg (kanske 0ohm) och därefer siger resisansen. Konrollera både 220µF -kondensaorn och 220nF - kondensaorn. För vilken av de båda kondensaorerna siger resisansen snabbas: Förklara resulae: Bli bekan med pulsgeneraorn ndersök nu den pulsgeneraor som du har illgång ill. Även om pulsgeneraorer kan se olika u har de e anal egenskaper och funkioner gemensam. Olika pulsformer Såvida du ine har få ag på en generaor som bara kan leverera sinusvåg kan din pulsgeneraor med säkerhe leverera flera olika vågformer. En sådan generaor kallas ofa funkionsgeneraor. Ange namne på eller ria de vågformer som din generaor kan generera: Lägg speciell märke ill den vågform som kallas fyrkansvåg efersom de är denna du kommer a använda en hel del i den här laboraionen. Sidan 2

3 Laboraion Frekvensområde De finns omkopplare och vanligvis en ra för a sälla in olika frekvenser eller periodider. I vissa fall kan även pulsernas längd juseras separa. (duy ime = pulslängden i % av periodiden). Ange de frekvensområde som generaorn spänner över : spänning och impedans Ofa har en pulsgeneraor flera ugångar. Någon ugång brukar ha fas uspänning, ill exempel 5V, avsedd för digiala illämpningar. En annan ugång brukar ha juserbar uspänning. De är också vanlig a denna ugång har möjlighe a addera en likspänning. Genom a addera en likspänning (offsespänning) kan pulsen juseras så a pulsuppehålle ligger på 0V:s nivå medan själva pulsen är posiiv eller negaiv. Små uspänningar erhålles ofas genom a en dämpsas kopplas in. Föruom a lämna en variabel uspänning är de önskvär a pulsgeneraorn kan belasas dvs. lämna sröm uan a spänningen sjunker. Pulsgeneraorns förmåga a lämna sröm beror på generaorns inre resisans som ofa kallas dess ugångsimpedans. För vår ändamål bör den vara så låg som möjlig men ofa finns ugångar anpassade för 600ohm och 50ohm belasning. Ange uspänningsområde för din pulsgeneraor: Finns möjlighe ill offsespänning? Generera en fyrkansvåg Med e oscilloskop skall du konsaera a du kan generera den fyrkansvåg du behöver för a mäa på en -kres. Se ill a oscilloskopes jord (0V) kopplas ill generaorns jord (GND = 0V). I den här ypen av kopplingar används ofa koaxialkablar. Yerledaren (skärmen) är gemensam 0V. Om du är veksam på vilken ledare som är 0V respekive he frågar du handledaren. Koppla generaorn direk ill oscilloskopes probe och säll u en fyrkansvåg som har pulshöjden 5-20V och frekvensen 100Hz. Du måse använda funkionen för D-offse på funkionsgeneraorn för a generera en puls där basen ligger på 0V. ia här fyrkansvågen i e koordinasysem Ange pulshöjden (V), periodiden (sek) och längden på själva pulsen (sek). Sidan 3

4 Mä upp- och urladdning av en kondensaor pp- och urladdningskurvan för en kondensaor När du ve a du har en fyrkansvåg u från pulsgeneraorn skall du koppla in denna ill e -nä enlig nedan där du skall mäa spänningen över kondensaorn med oscilloskope. Oscilloskop Lämplig frekvens väljs efer idskonsan Från eorin ve du a kondensaorns upp- och urladdningsider beror på idskonsanen τ=. Kondensaorn måse hinna laddas upp under pulsiden (pulsen är hög) och laddas ur under pulsuppehålle (pulsen låg). Du skall använda olika värden på -näe vilke innebär a du måse jusera pulsfrekvensen så a längden och uppehålle blir vardera mins 5τ. Beräkna för = 1µF och = 1kohm. Börja med =1µF och =1kohm. Vilken idskonsan kan du förväna dig (beräkna): Efer hur lång id är kondensaor i prakiken uppladdad?: Vilken pulsfrekvens är lämplig? Moivera: Koppla nu in -näe på kopplingsplaan Koppla in generaorn och mä kondensaorns upp- och urladdning med oscilloskope. Tänk på a generaorns och oscilloskopes jord skall vara kopplade ill samma nod. Om dina beräkningar av pulsfrekvensen är rikiga och oscilloskope rä insäll kan du sudera upp- och urladdning av kondensaorn på skärmen. (Jusera pulsfrekvensen vid behov) Tips: Nu har du sor nya av a rigga oscilloskope på rä flank, roligvis negaiv flank för a se uppladdning och posiiv flank för a se urladdning. nyja skärmen opimal genom a välja lämplig svepid. Sidan 4

5 Laboraion Mä idskonsanen med hjälp av oscilloskope: ia av kurvans upp- och urladdning i diagramme. Markera i diagramme spänningen vid iden =τ. ppladdning (1kohm+1µF): Markera i diagramme spänningen vid iden =τ. rladdning (1kohm+1µF): Markera i diagramme spänningen vid iden =τ. By u ill 0,1µF Gör om samma experimen med = 0.1µF och = 1kohm. (du måse ändra insignalens frekvens för a kunnas se kurvorna på oscilloskope) Mä den nya idskonsanen med hjälp av oscilloskope: ppladdning (1kohm+0,1µF): rladdning (1kohm+0,1µF): Markera i diagramme spänningen vid iden =τ. Markera i diagramme spänningen vid iden =τ. Vad är de egneligen för skillnad mellan kurvorna för =1µF och =0,1µF? Sidan 5

6 Mä upp- och urladdning av en kondensaor Parallellkoppling av kondensaorer Du skall nu undersöka vad som händer med upp- och urladdning om du isälle för en kondensaor på 0,1uF använder vå kondensaorer på vardera 0,1uF, som är parallellkopplade. (0,1µF//0,1µF). är forfarande på 1kohm. Samma koppling som ovan, ändra endas på kapaciansen! Ta fram uppladdningskurvan på oscilloskope och besäm idskonsanen τ från kurvan på oscilloskope. Tidskonsanen τ med 0,1µF // 0,1µF visade sig vara : Beräkna ur dea (uifrån τ= ) : Vilken slusas kan du dra vad gäller den resulerande kapaciansen från vå parallellkopplade kondensaorer? Seriekoppling av kondensaorer Du skall nu ill slu undersöka vad som händer med upp- och urladdning om du isälle för en kondensaor på 0,1µF använder vå kondensaorer på vardera 0,1µF, som är seriekopplade. Samma koppling som ovan, ändra endas på kondensaorernas sammankoppling. Ta fram uppladdningskurvan på oscilloskope och besäm idskonsanen från kurvan på oscilloskope. Tidskonsanen τ med 0.1µF -i serie med - 0.1µF visade sig vara : Beräkna ur dea (uifrån τ = ) : Vilken slusas kan du dra vad gäller den resulerande kapaciansen från vå seriekopplade kondensaorer? Sidan 6

7 Laboraion 1. I kopplingsscheman ovan har generaorn rias uan hänsyn ill dess inre resisans. ia e kopplingsschema som de skall se u för en generaor med den inre resisansen 600ohm ansluen ill e -nä med =0,1µF och =1kohm. Avsluande uppgifer 2. På vilke sä påverkar generaorns inre resisans -idskonsanen? (ökar / minskar / påverkar ine alls): 3. I experimenen ovan har ingen hänsyn agis ill oscilloskopes inre kapacians och resisans. På vilke sä påverkar denna impedans idskonsanen när man mäer över? (ökar/minskar/påverkar ine alls) Sor eller lien påverkan? 4. Vilken är den högsa frekvens som kan användas från generaorn om man vill se hela uppladdningen av en kondensaor i e -nä där = 470kohm och = 1µF? (förusä a pulsid och pulsuppehåll är lika långa) 5. Med e oscilloskop mäer du idskonsanen i e -nä ill 68µS. Du kan konsaera a är 1kohm. Hur sor är? Mina synpunker Jag ycker den här laboraionen var: Tråkig Jobbig olig Svår Lagom Lä Lärorik och/eller: Sidan 7