Pomiar podstawowych parametrów z
ródeł napięć i prądów stałych 1
POMIAR PODSTAWOWYCH PARAMETRÓW y
RÓDEA
NAPI
Ć
I PR
DÓW STAA
YCH
Cel ćwiczenia
- Zastosowanie woltomierzy i amperomierzy do pomiaru parametrów przykładowego obiektu
(obiekty pomiaru -z
ródła napięć i prądów stałych).
- Zwrócenie uwagi na konieczność zdefiniowania mierzonych parametrów obiektu i dopasowania
do nich metod pomiaru.
- Pokazanie podstawowych parametrów jakimi opisuje się z
ródła napięcia i prądu., metod ich
pomiaru oraz sposobu obliczania istotnych parametrów.
Program ćwiczenia:
1 Pomiary parametrów z
ródeł napięcia stałego (patrz uwagi do wykonania ćwiczenia).
1.1. Zmierzyć charakterystykę napięciowo-prądową (Uwyj= f(Iwyj)). wskazanych z
ródeł. Pomiary
nale\
y wykonać dwukrotnie, raz gdy woltomierz jest podłączony bezpośrednio do
zacisków zasilacza (rys.1), drugi raz gdy woltomierz jest podłączony do zacisków
obciÄ…\
enia (rys.2). Sprawdzić czy w obu układach pomiarowych uzyskano takie same
wyniki.
1.2. Określić dla jakich wartości prądu wyjściowego (Iwyj) mo\
na przyjąć, \
e charakterystyka
napięciowo-prądowa Uwyj. = f(Iwyj.) jest funkcją liniową. Wyznaczyć współczynniki tej
funkcji i na tej podstawie określić parametry badanego z
ródła (E, Rw).
1.3. Wyznaczyć błędy z jakim określono parametry badanego z
ródła ("E, "Rw)
1.4. Określić maksymalną rozbie\
ność między charakterystyką empiryczną a wyznaczoną w
pkt.1.2 liniowÄ… charakterystykÄ… z
ródła.
1.5. Zmierzyć współczynnik tętnień napięcia wyjściowego k w funkcji prądu wyjściowego Iwyj.
2. Pomiary parametrów z
ródła prądu stałego (patrz uwagi do wykonania ćwiczenia).
2.1 Zmierzyć charakterystykę obcią\
eniowÄ…. z
ródła Iwyj=f(Ro).
2.2 Wyznaczyć przedział rezystancji obcią\
enia (Ro) , w którym prąd wyjściowy z
ródła nie
zmienia się więcej ni\
o 0,1%.
3. Pomiar podstawowych parametrów zasilacza laboratoryjnego (patrz uwagi do wykonania
ćwiczenia).
3.1 Wykonać pomiary umo\
liwiajÄ…ce wyznaczenie, dla wskazanego z
ródła, rezystancji
wewnętrznej i współczynnika tętnień.
Pomiar podstawowych parametrów z
ródeł napięć i prądów stałych 2
Uwagi do wykonania ćwiczenia
Makieta dydaktyczna, w której umieszczono obiekty pomiaru, zawiera trzy z
ródła. Dwa są z
ródłami
napięciowymi, trzecie jest z
ródłem prądowym.
ad 1. Pomiary parametrów z
ródeł napięcia stałego
Badanie z
ródła napięcia nale\
y wykonać w układzie jak na rysunku 1 i rysunku 2
- Napięcie wyjściowe  y
ródła napięcia 1 jest między zaciskami opisanymi symbolami
 +U1 i  0 , napięcie wyjściowe drugiego z
ródła jest między zaciskami opisanymi  +U2 i
 0 .
- Na zaciski z
ródła włączyć jako obcią\
enie opornicÄ™ dekadowÄ…. ZmianÄ… rezystancji opornicy
wymuszać odpowiednie wartości prądu wyjściowego. Nie przekraczać dopuszczalnych
prądów opornicy (ka\
da dekada opornicy ma podany maksymalny prÄ…d jaki mo\
e
przez nią płynąć).
- Do pomiaru napięcia wyjściowego nale\
y zastosować multimetr cyfrowy. Szczególną
uwagÄ™ nale\
y zwrócić na poprawny wybór zakresu pomiarowego. Aby zmierzyć składową
stałą napięcia wyjściowego nale\
y wybrać w multimetrze funkcję POMIAR NAPI
CIA
STAA
EGO. Składową zmienną napięcia wyjściowego mo\
na zmierzyć wybierając funkcję
multimetru  POMIAR NAPI
CIA ZMIENNEGO. Przy upraszczającym zało\
eniu, \
e
składowa zmienna jest sygnałem sinusoidalnym, jej amplitudę wyznaczamy mno\
Ä…c
wskazanie woltomierza przez 1,41.
- Prąd wyjściowy z
ródła mo\
na określić na podstawie znajomości rezystancji obcią\
enia
(dekada oporowa) i napięcia wyjściowego. Ten sposób określenia wartości prądu jest
dokładniejszy, ni\
bezpośredni pomiar prądu amperomierzem.
-
Rys.1. Układ do pomiaru charakterystyki napięciowo-prądowej i współczynnika
tętnień k; k= (UA /Uwyj= ) 100%.
Rys.2. Układ pomiarowy, w którym napięcie wyjściowe nie jest mierzone
bezpośrednio na z
ródle.
ad. 2 Pomiary parametrów z
ródła prądu stałego
Badanie z
ródła prądu nale\
y wykonać w układzie jak na rysunku. 3
- PrÄ…d z
ródła płynie przez obcią\
enie , które nale\
y włączyć między zaciski wyjściowe z
ródła
opisane symbolami  I i  0 .
- PrÄ…d pobierany ze z
ródła zmierzyć metodą pośrednią , mierząc spadek napięcia na oporniku
wzorcowym RN. Jako obciÄ…\
enie Ro zastosować opornicę dekadową; wartość rezystancji
Pomiar podstawowych parametrów z
ródeł napięć i prądów stałych 3
zmieniać od 0&! do 1000&!, w podzakresie od 0&! do 300&! ze skokiem 10&! , powy\
ej
300&! ze skokiem 100&!.
Rys.3 Schemat układu do pomiaru parametrów z
ródła prądowego.
ad. 3 Pomiar podstawowych parametrów zasilacza laboratoryjnego
Zasilacz laboratoryjny charakteryzuje się bardzo małą rezystancją wewnętrzną (m&!), dlatego
zmierzenie parametrów zasilacza jest trudniejsze ni\
badanych w punkcie 1 z
ródeł. Pomiary
nale\
y wykonać dla napięcia wyjściowego nie większego ni\
1V, ze względu na
dopuszczalny prąd opornicy dekadowej, która stanowi obcią\
enie z
ródła. W trakcie
pomiarów nie przekraczać prądu wyjściowego 0,5A.
Wprowadzenie
y
ródło napięcia
Od z
ródła napięcia stałego oczekujemy, \
e na jego wyjściu pojawi się tylko napięcie stałe a
wartość tego napięcia będzie niezale\
na od wartości prądu wyjściowego (obcią\
enia z
ródła)
(Uwyj=Iwyj*RobciÄ…\
enia= const.). Elektroniczne z
ródła napięć nie spełniają w pełni tych oczekiwań. Na
wyjściu zasilacza elektronicznego pojawia się obok napięcia stałego niewielkie napięcie zmienne o
częstotliwości 50 Hz (100Hz), czyli
Uwyj = E + UA sinÉt
= + É
= + É
= + É
Parametrem informującym o obecności w napięciu wyjściowym składowej zmiennej jest
współczynnik tętnień k, definiowany jako stosunek amplitudy (UA) składowej zmiennej do
wyjściowego napięcia stałego Uwyj=.
UA
k =
=
=
=
Uwyj=
=
=
=
Wartość współczynnika tętnień zale\
y od wartości prądu pobieranego ze z
ródła (od Iwyj)
Rezystancja wewnętrzna idealnego z
ródła napięciowego wynosi zero. Rezystancja
wewnętrzna rzeczywistego z
ródła napięcia jest ró\
na od zera i dlatego napięcie wyjściowe zale\
y
od prÄ…du pobieranego ze z
ródła (prądu wyjściowego). W z
ródłach elektronicznych rezystancja
wewnętrzna jest stała do momentu przekroczenia przez prąd wyjściowy dopuszczalnej wartości.
Maksymalna dopuszczalna wartość prądu jest jednym z podstawowych parametrów z
ródeł
elektronicznych. Napięcie wyjściowe z
ródła przy poborze z niego prądu, nie większego ni\
wartość
dopuszczalna, opisuje zale\
ność
Uwyj= = E - Iwyj * RW
= -
= -
= -
=
=
=
Przekroczenie maksymalnej dopuszczalnej wartości prądu pobieranego ze z
ródła powoduje zmianę
rezystancji RW (często zmiana ta jest radykalna) i tym samym zabezpiecza zasilacz przed
uszkodzeniem.
Pomiar podstawowych parametrów z
ródeł napięć i prądów stałych 4
Stopień trudności pomiarów parametrów zasilacza (E, RW, k) zale\
y od wartości tych
parametrów, a uzyskana dokładność wyniku zale\
y tak\
e od doboru warunków pomiaru.
y
ródło prądu
Od z
ródła prądu stałego oczekujemy, \
e wartość prądu pobieranego ze z
ródła nie będzie
zale\
ała od wartości rezystancji włączonej na wyjście z
ródła. Rzeczywiste z
ródła nie spełniają w
pełni tych oczekiwań. Wartość prądu jest stała przy zmianie obcią\
enia w określonym zakresie. Im
większa rezystancja jest włączona na zaciski z
ródła tym trudniej utrzymać stałą wartość prądu.
Zadania i pytania kontrolne.
1. Przeanalizować układy pomiarowe z rysunku 1 i 2. Czy mo\
e się zdarzyć, \
e wartości napięć
wskazanych przez woltomierz będą ró\
ne w obu układach? W którym układzie wskazanie
woltomierza mo\
e być większe i mo\
e spowodować systematyczny błąd pomiaru parametrów
z
ródła ? (Których parametrów?).
2. Spodziewamy siÄ™, \
e rezystancja z
ródła jest nie przekracza 0,5&!. Jaka powinna być rezystancja
woltomierza, \
eby mo\
na było uznać, \
e wskazanie woltomierza dołączonego na zaciski
nieobciÄ…\
onego z
ródła odpowiada wartości E z dokładnością wynikającą z błędu podstawowego
woltomierza?
3. Napięcie wyjściowe z
ródła jest następującą funkcją prądu wyjściowego
Uwyj= = E - IwyjRW
= -
= -
= -
=
=
=
W układzie pomiarowym Iwyj określone jest ze wskazań woltomierza mierzącego napięcie na
znanym obciÄ…\
eniu R0, zatem
RW
Uwyj = E -
= -UV
= -
= -
Ro
Ile pomiarów trzeba wykonać aby mo\
na było wyznaczyć parametry z
ródła (E i Rw)?
Wyprowadzić wzór na obliczenie wartości RW .
4. Wyznaczyć wyra\
enie określające błąd graniczny pomiaru "Rw. Jak nale\
y ustalić warunki
pomiaru, aby wynik pomiaru RW był obcią\
ony najmniejszym błędem?