LABORATORIUM PODSTAW ELEKTROTECHNIKI
Grupa
Lp.
1. 2. 3.
Temat

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie ze stanami nieustalonymi w obwodach RC i RL oraz doświadczalne wyznaczenie przebiegów prądów i napięć w chwili ich zamykania i otwierania przy zasilaniu napięciem stałym.

1. Układ pomiarowy

Schemat 1. Układ do pomiaru prądu i spadku napięcia na kondensatorze w obwodzie RC.

Schemat 2. Układ pomiarowy do obserwacji na oscyloskopie przebiegów napięć w obwodzie RC w stanie nieustalonym

1. Wykaz użytych przyrządów

• Zasilacz prądu stałego

• Generator funkcyjny

• Multimetr cyfrowy użyty jako amperomierz

• Multimetr cyfrowy użyty jako woltomierz

• Oscyloskop

• Opornik dekadowy

• Kondensator dekadowy

• Cewka indukcyjna

4. Tabele pomiarowe:

L.p.	Ładowanie	Rozładowanie
	Wartości stałe
	U0=40V R=4MΩ τ=25s C=6,25µF
	Pomiary	Obliczenia
	t	i
	[s]	[µA]
1.	0	10
2.	5	8
3.	10	6,8
4.	15	5,9
5.	20	5,2
6.	25	4,6
7.	37,5	3,8
8.	50	3,4
9.	75	3,1
10.	100	3
11.	125	2,9

Tab 1.

Wartości zmierzone	Wartości teoretyczne
T	τ
[s]	[s]
0	0
20	0,2
40	0,4
60	0,6
80	0,8
100	1
150	1,5
200	2
300	3
400	4
500	5

4. Opracowanie wyników i przykładowe obliczenia.

Obliczenia dla układu RC

Wartość τ dla badanego układu RC

τ=RC=4*10⁶*6,25*10⁻⁶=25 [s]

Wartość U_R dla czasu t=0 w czasie ładowania

U_R=U₀-U_C=30 – 0 = 30 [s]

Dla kolejnych t obliczamy analogicznie.

W czasie rozładowania U_R = - U_C , musi zostać zachowany bilans mocy.

Obliczenia dla układu RL

Wartość τ dla badanego układu RL

τ=$\frac{L}{R}$=$\frac{40*10^{- 3}}{400}$=0,1 [ms]

Obliczanie wartości U_R dla czasu t=0

U_R=U_O - U_L=12 – 12=0 [V]

Dla kolejnych t obliczamy analogicznie.

Obliczenie wartości i dla t=20ms

i=$\frac{U_{R}}{R}$=$\frac{3}{400}$=0,0075 [µA]

Dla kolejnych t obliczamy analogicznie.

Obliczenie wartości teoretycznych dla napięcia U_L w czasie 0,6 τ

U_L=$U_{0}e^{- \frac{t}{\tau}}$=Ue^−0, 6=10*0,55=5,5 [V]

Dla kolejnych t obliczamy analogicznie, a U_R oraz i wyznaczamy z wcześniejszych zależności.

4. Wykresy:

Wykres 1. Przebieg spadków napięć U_c i U_R oraz prądu przy ładowaniu kondensatora.

Wykres 2. Przebieg spadków napięć U_c i U­_R oraz prądu przy rozładowaniu kondensatora.

Wykres 3. Przebieg spadków napięć U_L i U_R w funkcji czasu dla wartości zmierzonych.

Wykres 4. Przebieg spadków napięć U_L i U_R w funkcji czasu dla wartości teoretycznych.

7. Wnioski

W obwodach elektrycznych zawierających cewkę (RL) lub kondensator (RC) zmiana jednego z parametrów (np. uruchomienie układu) powoduje, że nowy stan ustalony poprzedzany jest krótkotrwałym stanem przejściowym. W stanie tym prąd i spadki napięć ulegają zmianie w czasie. Pojawienie się stanów w tych obwodach związane jest z tym że cewka jak i kondensator gromadzą energię, która to nie może się zmieniać skokowo, opisują to prawa komutacji.

Ćwiczenie pokazało nam jak w praktyce działają obwody RL i RC, że wymiana energii nie następuje natychmiast. Porównując otrzymane wyniki z wartościami teoretycznymi ćwiczenie uświadomiło nas o braku idealnych elementów jak i o problemach aparatury pomiarowej.