Laboration 3: Växelström och komponenter

Transkript

1 TSTE20 Elekronik Laboraion 3: Växelsröm och komponener v0.2 Ken Palmkvis, ISY, LiU Laboraner Namn Personnummer Godkänd

2 1 Översik I denna labb kommer ni undersöka beeende när växelspänningar av olika frekvens läggs på kresar som byggs av kondensaorer, indukanser och resisanser. Dessuom ska okända kapacianser och indukanser besämmas genom a mäa upp beeende hos kresen och sedan från dea beräkna sorlekarna på de okända komponenerna. 2 Teori Läs föjande avsni i läroboken (S Söderkvis: Kreseori och elekronik): 3.3.3, kommenarer ill exempel 2.1 på sid 122, 2.11 sam kapiel 5. 3 Förberedelseuppgifer 3.1 a) Beräkna gränsfrekvensen för filre i mäuppgif 4.1 a). b) Beräkna gränsfrekvensen för filre i mäuppgif 4.1 c). 3.2 Beraka kresen i mäuppgif 4.2. a) Besäm e uryck på Uu/Uin för denna kres. Uin och Uu är komplexa spänningar, svarande mo saionära sinusspänningar. b) Besäm ur de i a) erhållna sambande e uryck för kresens resonansvinkelfrekvens ω0. c) Formulera en meod för besämning av indukansvärde L. d) Formulera en meod för besämning av spolens resisans RL. (Meoderna i c) och d) får innefaa mäningar på kresen enlig mäuppgif 4.2.) Sudera ingående bilagan i dea PM (sid. 9 och framå) som beskriver mäinsrumen och annan urusning som skall användas i laboraionskursen. 4 Mäuppgifer 4.1 RCKres a) Koppla upp kresen nedan på kopplingsplaan. Kondensaorn C är en fyrkanig komponen med vå ansluningar längs ned. Resisansen på 100 kω är en avlång komponen med några färgade band. De finnns e fleral möjliga markeringar, varav den enklase är brun, svar, gul, guld. Använd mulimeern för a mäa resisansen om mosåndes sorlek är oklar. Använd kopplingsråd så a funkionsgeneraorns ugång kopplas ill plussidan på spänningen Uin, och jord kopplas ill minussidan. Koppla Uin ill den analoga ingången AI7 och Uu ill den analoga ingången AI6. Glöm ine a även koppla minusingångarna AI7 och AI6 ill jord. Tips: använd en av de långa verikala konakerna längs ill vänser på kopplingsplaan som jordansluning.

3 R R=100 k Ω C=10 nf u in C u u Figur 1 Försa RCkresen a mäa upp. Håll inspänningen konsan på.ex. 10 Vpp (oppilloppvärde) och variera frekvensen på inspänningen. Mä oppilloppvärde på uspänningen uu för de olika frekvenserna med oscilloskope. För in märesulaen i abell 1. Kom ihåg a jusera idsbasen på oscilloskope så a 510 perioder syns på skärmen vid avläsning av ampliud. Beräkna F=Uu,pp/Uin,pp för de olika frekvenserna sam skissera F som funkion av f i figur 2. Dea ger kresens ampliudkarakärisik Vilken yp av filer ugör denna kres?... Besäm filres gränsfrekvens ur den uppmäa ampliudkarakärisiken som du skissa i figur 2. Resula:... Hur sämmer resulae med de eoreisk beräknade värde i förberedelseuppgif 3.1?... f [Hz] Uin,pp [V] Uu,pp [V] F = Uu,pp/Uin,pp Tabell 1: Uppmä karakerisik för kres i figur 1.

4 b) Anslu en symmerisk fyrkanspänning från funkionsgeneraorn ill ingången på kresen i figur 1. Variera inspänningens periodid och sudera usignalens useende för några olika värden på perioden. Skissera insignalens sam mosvarande usignals useende i figur 3 för periodiderna 20 ms, 2ms respekive 0.2 ms. Använd olika ids och spänningsskalor för de re fallen så formen på kurvorna framgår ydlig. Figur 3: Ria in vå och en halv period av usignal för respekive frekvens

5 Kresen i figur 1 kallas ibland för en inegrerande länk. Vid vilken av periodiderna är denna benämning moiverad?... Varför?... Vilke krav på R och C måse vara uppfyll, vid en given periodid T på inspänningen, för a en RClänk av denna yp skall kunna berakas som en inegrerande länk?... c) Koppla upp kresen i figuren nedan på samma sä som föregående uppgif. Noera a resisansen nu ska vara 10 gånger mindre, och dea mosvarar ex färgkodningen brun, svar, orange, guld. Säll illbaks funkionsgeneraorn ill sinusvåg. Besäm ampliudkarakärisiken för denna RClänk med samma meod som i uppgif a). Skissera F i figur 5. C u in R u u R=10 k Ω C=10 nf Figur 4: RC kres för andra mäuppsällningen f [Hz] Uin,pp [V] Uu,pp [V] F = Uu,pp/Uin,pp Tabell 2: Uppmä karakerisik för kres i figur 4.

6 Figur 5: Linlog diagram för uppmä överföringskarakärisik Vilken yp av filer ugör denna kres?... Vilken gränsfrekvens har filre?... Jämför resulae med de i förberedelseuppgif 3.1 beräknade värde.... d) Anslu en symmerisk fyrkanspänning ill kresen som användes i c) och skissera såväl inspänning som uspänning för periodiderna 2 ms, 0.5 ms och 0.05 ms. (Använd olika ids och spänningsskalor för de re fallen.)

7 Figur 6: Ria in vå och en halv period av usignal för respekive frekvens Kresen i figur 4 kallas ibland för en deriverande länk. Vid vilken av periodiderna är denna benämning moiverad?... Varför?... Vilke krav på R och C måse vara uppfyll, vid en given periodid T på inspänningen, för a en RClänk av denna yp skall kunna berakas som en deriverande länk?... e) Kapaciansen Cx på mäplaa 4.1 e) är okänd. Besäm Cx! Använd koaxialkabel och krokodilklämmor för a anslua ill signalgeneraor och oscilloskop på vänser sida av Elvis II syseme. Koaxialkablarna har en röd och en svar ansluning. Koppla allid den svara mo jord. Insällningen på oscilloskop och funkionsgeneraor måse också sällas om så a signalerna går u och in i koaxialkablarna (SCOPE1 och SCOPE2 respekive BNC).

8 Ange en meod för besämning av Cx (mulimeern får ine användas): Resula: Plaa nr:... Cx = Besämning av en spoles indukans och resisans En spole har ofa ickeförsumbara resisiva förluser. Den berakas därför ofa som en ideal indukans i serie med en resisans. För a besämma indukans L och resisans RL för en spole används nedansående koppling (serieresonanskres). OBS: mulimeern får ine användas för besämning av komponenvärden. Värde på R och C framgår av den färdiga uppkopplingen. (Mäplaa 4.2) u in C spole L R L R u u Plaa nr:... C=... R=... Figur 7: Mäplaa 4.2 kresschema med okänd L och R Besäm värdena på L och RL enlig de meoder som beskrivis i förberedelseuppgif 3.2. Resula: L =... RL =...

9 5 FAQ Varför visar ine mulimeern någon spänning? Alla insrumen måse saras innan de fungerar, dvs den gröna play knappen måse ryckas in för a funkionen ska säa igång. Mulimeern kan sällas in a mäa många olika sorheer. Se ill a rä yp är vald. Ansluning ill mulimeern görs via de banankonaker som sier i den via plaslådan på vänser sida.