Ćwiczenie 1: Badanie źródeł napięcia przemiennego AC

1. Przebieg ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest poznanie sposobów pomiarów wielkości charakterystycznych

i współczynników, stosowanych do opisu okresowych przebiegów odkształconych.

Ćwiczenie zostało przeprowadzone za pomocą następujących elementów:

• Generator funkcyjny

• Oscyloskop Instek GOS-630.

• Woltomierz cyfrowy

Schemat ideowy wykonywanego ćwiczenia

Ćwiczenie polegało na przeprowadzeniu 10 pomiarów napięcia U_zm na woltomierzu do którego podłączony był oscyloskop wraz z generatorem, który generował przebiegi funkcji sinusoidalnej, trójkatnej oraz prostokątnej. Zmiana napięcia następowała poprzez zmianę amplitudy sygnału co 1 V, odczytywana za pomocą oscyloskopu. Częstotliwość prądu f była ustawiona na generatorze i wynosiła około 100 Hz.

2. Dane i obliczenia

Przebieg funkcji sinusoidalny	f= 100hz T= = [s] = 10ms u(t)=A*sinɷ*t ɷ=2πf t=T Do obliczeń skorzystaliśmy z programu MatLAB i odpowiedniego programu A Średnia z modułu Skuteczna „s” „k” 1 0,56 0,67 1,49 1,18 2 1,13 1,34 1,49 1,18 3 1,7 2,01 1,49 1,18 4 2,27 2,68 1,49 1,18 5 2,83 3,35 1,49 1,18 6 3,4 4,02 1,49 1,18 7 3,96 4,69 1,49 1,18 8 4,53 5,36 1,49 1,18 9 5,1 6,03 1,49 1,18 10 5,67 6,7 1,49 1,18 A=1; f=100; fi=0; delta=1; T=10 [x,t]=tss_har(A,f,fi,delta,T); [xavg,xrms]=cechy(x) plot(t,x,'b') title('sygnal A=1 f=100 fi=0') xlabel('czas[s]') ylabel('wartosci') zoom function [xavg,xrms]=cechy(x) xavg=(1/length(x)*sum(abs(x))) xrms=sqrt(1/length(x)*sum(x.^2)); function [x,t]=tss_har(A,f,fi,delta,T) t=linspace(0,T,T/delta); x=A*sin(2*pi*t*f+fi);
Przebieg funkcji prostokątny	T= = [s] = 10ms x=A*sign(sin(2*pi*f*t)) -> funkcja z matlab A Średnia z modułu Skuteczna „s” „k” 1 0,9 0,9 1 1 2 1,99 1,99 1 1 3 2,99 2,99 1 1 4 3,99 3,99 1 1 5 4,99 4,99 1 1 6 5,99 5,99 1 1 7 6,99 6,99 1 1 8 7,99 7,99 1 1 9 8,99 8,99 1 1 10 9,99 9,99 1 1
Przebieg funkcji trójkątny	T= = [s] = 10ms x=sawtooth(t, 0.5)*A; → gotowa funkcja z matlab A Średnia z modułu Skuteczna „s” „k” 1 0,52 0,59 1,68 1,14 2 1,04 1,19 1,68 1,14 3 1,56 1,79 1,68 1,14 4 2,08 2,38 1,68 1,14 5 2,6 2,98 1,68 1,14 6 3,12 3,58 1,68 1,14 7 3,64 4,18 1,68 1,14 8 4,17 4,77 1,68 1,14 9 4,69 5,37 1,68 1,14 10 5,21 5,97 1,68 1,14

4.Wykresy

Upopr=U_v oraz Uzm=U_M

U_v=f(U_M)

dla przebiegu sinusoidalnego:

dla przebiegu prostokątnego:

dla przebiegu trójkątnego:

=f(U_M)

dla przebiegu sinusoidalnego:

dla przebiegu prostokątnego:

dla przebiegu trójkątnego:

=f(U_M)

dla przebiegu sinusoidalnego:

dla przebiegu prostokątnego:

dla przebiegu trójkątnego:

5. Wnioski i analiza błędów

• porównując wartości zmierzone oraz wartości rzeczywiste obliczone w tabelach widzimy, że dla przebiegów sinusoidalnych i trójkątnych są one różne. Wynika to z faktu ze mierniki podają wartość skuteczną a nie maksymalną która jest ustawiana na generatorze funkcji. Jest tak dlatego że przebiegi te są zmienne w czasie i w każdej chwili wartości napięcia rzeczywiste są różne i wahają się pomiędzy wartościami maksymalnymi. Inaczej jest w przebiegu prostokątnym gdzie wartości pośrednie pomiędzy wartościami maksymalnymi występują w na tyle krótkim czasie ze praktycznie nie są brane pod uwagę.

• jak widać na wykresach przedstawiających błąd bezwzględny dla wszystkich przebiegów, jego wartość rośnie proporcjonalnie do do wzrostu mierzonego napięcia. Wynika to z faktu że jest to różnica pomiędzy wartością zmierzoną a wartością poprawna, a co za tym idzie wraz ze wzrostem amplitudy wartość zmierzona jest coraz mniej dokładna.

• Przy pomiarze błędu względnego (błędu procentowego) – który jest wykorzystywany do oceny dokładności przyrządów pomiarowych – widzimy ze jest on różny dla poszczególnych przebiegów. Najmniejszą wartość ma przy pomiarze przebiegu trójkątnego a największą przy pomiarze przebiegu prostokątnego. Widzimy również że przy pomiarze niskich napięć (dla 1V) błąd ten jest inny niż przy pomiarze wyższych napięć, co może wynikać z faktu niedokładności miernika dla takich napięć lub generatora funkcji.

Ćwiczenie 2:Badanie obwodów RLC z użyciem generatora

1. Przebieg ćwiczenia

Ćwiczenie polegało na badaniu za pomocą częstotliwości generowanych przez

generator przy pomocy fali typu sinusoidalnego wartości prądu na woltomierzu.

Rysunki przedstawiają schemat podłączenia obwodu z kondensatorem oraz cewką.

a) obwód RC

b) obwód RL

Zakres generowanych częstotliwości to od 10 do 10000 Hz.

2. Tabela pomiarów

3. Wykresy

a) wykres dla obwodu RC Uzm=f(f)

b) Wykres dla obwodu RL Uzm=f(f)

4. Wnioski

W przypadku układu pomiarowego z rezystorem i kondensatorem, napięcie odkłada się na kondensatorze, wraz ze zmianą częstotliwości następuje spadek napięcia w układzie pomiarowym co widać na dołączonym wykresie.

Dla niższych częstotliwości napięcie jest wyższe co obrazuje nam zachowanie

obwodu, wpływ rezystancji na spadek napięcia też jest zauważalny jednakże nie jest on tak istotny jak praca kondensatora, a co za tym idzie jego moc.

W przypadku układu z cewką i rezystorem, temperaturowy współczynnik rezystancji powoduje wzrost napięcia na woltomierzu powyżej nominalnej wartości 1 V. Napięcie kumuluje się na cewce i rośnie co widać wybitnie na wykresie. Zmiana częstotliwości na większą powoduje wzrost napięcia. W tym przypadku rezystor pod wpływem zmian częstotliwości prądu zmniejsza swoja rezystancje i powoduje wzrost napięcia na cewce.