Ćwiczenie nr 7: Okresowe przebiegi niesinusoidalne

Cel ćwiczenia:

• Zapoznanie ze sposobem pomiaru amplitudy i fazy poszczególnych harmonicznych przebiegów niesinusoidalnych

• Praktyczna realizacja pomiaru współczynnika zawartości harmonicznych przebiegów niesinusoidalnych

1.Pomiar amplitudy i fazy harmonicznych przebiegów niesinusoidalnych

Pomiary były wykonywane w układzie jak na poniższym schemacie:

Jak widać na schemacie opór R jest dołączony do układu pomiarowego, zaś elementy L i C na wejściu układu są zwarte. Kanał A oscyloskopu dołączony jest do wyjścia generatora , a kanał B do układu pomiarowego.

Przebieg pomiarów

Podaliśmy z generatora na wejście filtru pasmowo-przepustowego sygnał trójkątny o częstotliwości 102,7Hz i amplitudzie 10V. W celu otrzymania na wyjściu filtru pasmowo-przepustowego odpowiedniej harmonicznej, wybraliśmy odpowiedni zakres częstotliwości przepuszczanych przez filtr i pokrętłem regulacyjnym ustaliliśmy częstotliwość przepuszczania filtru, równą dokładnie częstotliwości badanej harmonicznej. Z obrazu na oscyloskopie odczytaliśmy wartości maksymalne wszystkich harmonicznych, dla których dało się uzyskać poprawny obraz przebiegu. Fazy początkowe badanych harmonicznych odczytaliśmy z ekranu oscyloskopu przez porównanie z przebiegiem podstawowym. Podobnie wykonaliśmy pomiary dla przebiegu prostokątnego o tej samej częstotliwości.

Opracowanie wyników:

		Wartości zmierzone	Wartości obliczone
Przebieg		trójkątny	prostokątny
Umax[V]		10	9
Skł. stała[V]		0	0
Umax harm. [V]	1	6	7.6
	3	0.2	1.8
	5	0.16	0.8
Usk harm. [V]	1	3.46	7.6
	3	0.11	1.8
	5	0.09	0.8
Fazy początkowe	1
	3
	5

Wnioski:

Wyniki naszych pomiarów znacząco różnią się od teoretycznych wyników obliczeń. Spowodowane jest to prawdopodobnie przez częściowe tłumienie amplitudy sygnału przez filtr pasmowo-przepustowy. Nie jest to jednak tłumienie liniowe – amplitudy kolejnych harmonicznych nie są tłumione o stały współczynnik. Może to oznaczać że ten filtr nie jest urządzeniem liniowym. Dodatkowo możliwy jest niewielka niedokładność związana z odczytywaniem amplitudy bezpośrednio z ekranu oscyloskopu analogowego.

2. Pomiar współczynnika zawartości harmonicznych przebiegów niesinusoidalnych

Wykonanie ćwiczenia obejmuje pomiary współczynnika zawartości harmonicznych za pomocą miernika zniekształceń nieliniowych.

Przebieg pomiarów:

Pomiary były wykonywane w układzie jak na poniższym schemacie:

Po dołączeniu miernika zniekształceń nieliniowych do wyjścia generatora podawaliśmy kolejne badane przebiegi i dokonywaliśmy pomiarów współczynnika zawartości harmonicznych. Dla każdego przebiegu zmierzyliśmy składową stałą oraz wartość maksymalną i na jej podstawie obliczyliśmy wartości skuteczne przebiegów.

Lp.	przebieg	War. skuteczna	Składowa stała	Zmierzony współczynnik kh	obliczony współczynnik kh
-	-	V	V	%	%
1	prostokątny	9	0	34	24,5
2	trójkątny	5	0	12	4,26

Współczynnik zawartości harmonicznych obliczyliśmy ze wzoru:

k_h=$= \frac{\sqrt{A_{3}^{2} + A_{5}^{2}}}{\sqrt{A_{1}^{2} + A_{3}^{2} + A_{5}^{2}}}$

Wnioski:

Wartości współczynnika zniekształceń nieliniowych k_h zmierzonych za pomocą miernika zniekształceń nieliniowych są bliskie wartościom prawidłowym. Zmierzony współczynnik dla przebiegu trójkątnego wynosi 12% i jest to wartość prawidłowa. Dla idealnego przebiegu prostokątnego współczynnik k_h wynosi 43% co odbiega od naszego wyniku: 34%. Może być to spowodowane nieidealnym kształtem przebiegu prostokątnego.

Obliczone przez nas współczynniki zawartości harmonicznych k_h daleko odbiegają od oczekiwanych wartości. Może być to spowodowane użyciem do obliczeń zbyt małej ilości harmonicznych. Przy dodaniu pierwszej, trzeciej i piątej harmonicznej przebieg daleko odbiega kształtem od pożądanego. By to zobrazować poniżej umieściłem taką sytuację dla przebiegu prostokątnego.