Laboratorium z Elektroniki i Elektrotechniki
Ćwiczenie 5: Źródła napięciowe, prądowe (chemiczne, elektryczne), pomiary parametrów.
Nazwisko i Imię prowadzącego kurs: dr inż.
| Imię i Nazwisko | |
|---|---|
| Termin zajęć: dzień tygodnia, godzina | |
| Data odbycia ćwiczeń | 21.11.2012 |
1.Cel ćwiczenia
Zapoznanie się ze źródłami sygnałów stałoprądowych stosowanych w elektronice, jak również z podstawowymi właściwościami tych źródeł i sposobami pomiaru ich parametrów.
2.Przyrządy
Amperomierz METEX M-4640 dla zakresu 20 mA ±(0,3% rdg +10 dgt)
dla zakresu 200 mA ±(0,5% rdg +3dgt)
Woltomierz METEX M-4640 dla zakresu 20 V ±(0,05% rdg +3dgt)
Makieta PD-2 –zasilacz prądu stałego(15V/0,5A)
Makieta PD-4 –obciążenie regulowane
Makieta PD-5 –żródło sygnałów stałych
Transformator(230V/15V)- zintegrowany zasilaczem prądu
3.Przebieg ćwiczenia i obliczeń
Przykładowe obliczenia dla pomiaru dla baterii B przy obciążeniu 3 kΩ:
(prąd badany przy zakresie 200mA)
Błąd bezwzględny pomiarów obliczono korzystając z charakterystyki przyrządu pomiarowego
Δ U=0,0005*5,462+0,003=0,005731≈0,006[V]
Δ I=0,005*1,81+0,03=0,03905≈0,04[mA]
Moc wydzielaną obliczono ze wzoru: Po = Io * U
P=5,462[V]*1,81[mA]=9,88622[mW]≈9,89[mW]
Błąd bezwzględny wyznaczono różniczką zupełną: $P = \left| \frac{\text{dP}}{\text{dU}} \right|*\Delta U + \left| \frac{\text{dP}}{\text{dI}} \right|*\Delta I = I*\Delta U + U*\Delta I$
ΔP=1,81[mA]*0,006[V]+5,462[V]*0,04[mA]= 0,2236642[mW]≈0,23[MW]
Tabela1-pomiary źródeł stałoprądowych.
| obciążenie | R [Ω] |
∞ | 30 | 15 | 7,5 | 3 | 1,5 | 0,75 | 0,3 | 0,15 | 75 | 50 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| [kΩ] | [kΩ] | [kΩ] | [kΩ] | [kΩ] | [kΩ] | [kΩ] | [kΩ] | [Ω] | [Ω] | |||
| Obiekt | ||||||||||||
| Bateria ”A” | U[V] | 5,738 | 5,705 | 5,676 | 5,624 | 5,507 | 5,342 | 5,08 | 4,421 | 3,363 | 2,628 | 2,018 |
| Δ U[V] | 0,006 | 0,006 | 0,006 | 0,006 | 0,006 | 0,006 | 0,006 | 0,006 | 0,005 | 0,005 | 0,004 | |
| I[mA] | 0,01 | 0,17 | 0,36 | 0,74 | 1,82 | 3,60 | 6,72 | 14,83 | 24,42 | 35,23 | 41,03 | |
| Δ I[mA] | 0,03 | 0,03 | 0,03 | 0,04 | 0,04 | 0,05 | 0,07 | 0,11 | 0,16 | 0,21 | 0,24 | |
| P[mW] | 0,06 | 0,97 | 2,05 | 4,17 | 10,03 | 19,23 | 34,13 | 65,57 | 82,12 | 92,59 | 82,84 | |
| ΔP[mW] | 0,17 | 0,18 | 0,19 | 0,20 | 0,23 | 0,28 | 0,36 | 0,54 | 0,63 | 0,70 | 0,72 | |
| Bateria ”B” | U[V] | 5,657 | 5,639 | 5,617 | 5,575 | 5,462 | 5,29 | 5,008 | 4,303 | 3,471 | 2,147 | 1,71 |
| Δ U[V] | 0,006 | 0,006 | 0,006 | 0,006 | 0,006 | 0,006 | 0,006 | 0,005 | 0,005 | 0,004 | 0,004 | |
| I[A] | 0,00 | 0,17 | 0,36 | 0,73 | 1,81 | 3,57 | 6,63 | 14,45 | 23,31 | 31,28 | 37,42 | |
| Δ I[A] | 0,03 | 0,03 | 0,03 | 0,04 | 0,04 | 0,05 | 0,07 | 0,11 | 0,15 | 0,19 | 0,22 | |
| P[mW] | 0,00 | 0,96 | 2,02 | 4,07 | 9,89 | 18,89 | 33,21 | 62,18 | 80,90 | 67,16 | 63,96 | |
| ΔP[mW] | 0,17 | 0,17 | 0,18 | 0,20 | 0,23 | 0,27 | 0,36 | 0,52 | 0,62 | 0,53 | 0,52 | |
| Bateria ”C” | U[V] | 5,595 | 5,577 | 5,558 | 5,513 | 5,385 | 5,188 | 4,862 | 4,053 | 2,813 | 1,906 | 1,543 |
| Δ U[V] | 0,006 | 0,006 | 0,006 | 0,006 | 0,006 | 0,006 | 0,006 | 0,005 | 0,005 | 0,004 | 0,004 | |
| I[A] | 0,01 | 0,17 | 0,36 | 0,73 | 1,78 | 3,50 | 6,44 | 13,60 | 18,45 | 25,67 | 29,68 | |
| Δ I[A] | 0,03 | 0,03 | 0,03 | 0,04 | 0,04 | 0,05 | 0,07 | 0,10 | 0,13 | 0,16 | 0,18 | |
| P[mW] | 0,06 | 0,95 | 2,00 | 4,02 | 9,59 | 18,16 | 31,32 | 55,13 | 51,90 | 48,93 | 45,80 | |
| ΔP[mW] | 0,17 | 0,17 | 0,18 | 0,19 | 0,22 | 0,27 | 0,34 | 0,47 | 0,43 | 0,41 | 0,38 | |
| Bateria ”D” | U[V] | 5,299 | 5,024 | 4,640 | 4,457 | 3,783 | 3,333 | 2,811 | 2,148 | 0,928 | 0,497 | 0,321 |
| Δ U[V] | 0,006 | 0,006 | 0,005 | 0,005 | 0,005 | 0,005 | 0,005 | 0,005 | 0,004 | 0,004 | 0,004 | |
| I[A] | 0,01 | 0,15 | 0,29 | 0,47 | 1,24 | 3,00 | 5,04 | 5,78 | 6,22 | 6,55 | 6,91 | |
| Δ I[A] | 0,03 | 0,03 | 0,03 | 0,04 | 0,04 | 0,05 | 0,06 | 0,06 | 0,07 | 0,07 | 0,07 | |
| P[mW] | 0,05 | 0,75 | 1,34 | 2,09 | 4,70 | 15,99 | 14,17 | 12,42 | 5,78 | 3,26 | 2,22 | |
| ΔP[mW] | 0,16 | 0,16 | 0,15 | 0,15 | 0,15 | 0,26 | 0,17 | 0,22 | 0,08 | 0,06 | 0,04 | |
| Zasilacz ”A” | U[V] | 14,948 | 14,939 | 14,937 | 14,911 | 14,838 | 14,744 | 14,582 | 13,965 | 13,765 | 11,908 | 11,031 |
| Δ U[V] | 0,011 | 0,011 | 0,011 | 0,011 | 0,011 | 0,011 | 0,010 | 0,010 | 0,010 | 0,009 | 0,009 | |
| I[A] | 0,01 | 0,48 | 0,98 | 2,00 | 4,93 | 9,97 | 19,33 | 46,83 | 80,23 | 115,33 | 139,55 | |
| Δ I[A] | 0,03 | 0,03 | 0,03 | 0,04 | 0,06 | 0,08 | 0,13 | 0,27 | 0,44 | 0,61 | 0,73 | |
| P[mW] | 0,15 | 7,17 | 14,63 | 29,82 | 73,2 | 146,0 | 281,9 | 654,0 | 1104 | 1374 | 1539 | |
| ΔP[mW] | 0,45 | 0,49 | 0,54 | 0,62 | 0,9 | 1,3 | 2,1 | 4,2 | 7 | 9 | 10 | |
| Zasilacz ”E” | U[V] | 14,947 | 14,202 | 13,626 | 13,461 | 9,765 | 6,731 | 4,725 | 2,425 | 1,673 | 0,700 | 0,785 |
| Δ U[V] | 0,011 | 0,010 | 0,010 | 0,010 | 0,008 | 0,007 | 0,005 | 0,004 | 0,004 | 0,003 | 0,003 | |
| I[A] | 0,000 | 0,480 | 0,908 | 1,643 | 3,272 | 4,579 | 6,335 | 7,901 | 8,569 | 8,985 | 9,116 | |
| Δ I[A] | 0,010 | 0,011 | 0,012 | 0,015 | 0,020 | 0,024 | 0,029 | 0,034 | 0,036 | 0,037 | 0,038 | |
| P[mW] | 0,00 | 6,83 | 12,37 | 22,12 | 31,95 | 30,83 | 29,93 | 19,16 | 14,34 | 6,28 | 7,15 | |
| ΔP[mW] | 0,15 | 0,17 | 0,18 | 0,22 | 0,29 | 0,19 | 0,17 | 0,12 | 0,10 | 0,06 | 0,06 |
Wykresy charakterystyk prądowo-napięciowych
Bateria A
Bateria B
Bateria C
Bateria D
Zasilacz A
Zasilacz E
Wykresy mocy w funkcji napięcia P=f(U)
Bateria A
Bateria B
Bateria C
Bateria D
Zasilacz A
Zasilacz E
| E | ΔE | Rw | ΔRw | |
|---|---|---|---|---|
| [V] | [V] | [Ω] | [Ω] | |
| Bateria A | 5,7 | 0,3 | 89 | 2 |
| Bateria B | 5,7 | 0,5 | 106 | 5 |
| Bateria C | 5,7 | 0,7 | 141 | 8 |
| Bateria D | 5,0 | 1,3 | 581 | 11 |
| Zasilacz A | 15,1 | 0,9 | 26 | 1 |
| Zasilacz E | 15,1 | 1,1 | 1598 | 34 |
Przykładowe obliczenia dla Zasilacza A:
Siłę elektromotoryczną, opór wewnętrzny, oraz ich błędy względne wyznaczono za pomocą regresji liniowej przeprowadzonej programem regresja.exe. Wartość E jest punktem przecięcia się charakterystyki z osią OX, opór jest wyrażony we współczynniku kierunkowym wykresu(należy wartość pomnożyć przez -1000 aby otrzymać wartość w Omach ponieważ rezystancja nie może być ujemna a napięcie wyrażone jest w miliamperach.)Program wyznacza też błędy współczynników.
U(I)=Rw*I+E ΔRw=0,000973 ΔE=0,8731
y = -0,0259x + 15,041
stąd:
E=(15,1±0,9)V
Rw=(26±1)Ω
4.Wnioski
Na postawie przeprowadzonego doświadczenia oraz wyników pomiarów można dojść do następujących wniosków:
-Im punkty pomiarowe mniej różniły się od siebie wartościami, tym trudniej było odczytać wartość na multimetrach. Na wykresach jest to zauważalne, porównując rozkład punktów w charakterystykach prądowo-napięciowych( dla baterii 5 rozrzut jest największy).
-Opór wewnętrzny badanych elementów jest praktycznie stały, czego dowodzi liniowa postać charakterystyk prądowo-napięciowych. Potwierdza to także fakt, że napięcie jest wprost proporcjonalne do natężenia prądu(opór jest współczynnikiem proporcjonalności)
-Wykresy zależności mocy od napięcia obrazują fakt, iż moc, będąca iloczynem napięcia i natężenia jest tym samym związana funkcją kwadratową z napięciem(lub natężeniem)
P=U*I=U2R=I2/R
-porównując wartości sił elektromotorycznych tych źródeł, można dojść do wniosku, że zostały one specjalnie dobrane,tak by baterie i zasilacze miały takie samo E( odmienność wartości dla baterii D można wytłumaczyć niedokładnością przeprowadzonego pomiaru wynikającą z trudności odczytania wyniku).Widać też, że jako wartość określona na podstawie (niezbyt dużej) serii wyników ma ona niezbyt duży, choć zauważalny błąd względny
-analizując otrzymane wartości rezystancji wewnętrznych można zauważyć, że znacznie się one różnią, za to zostały określone z bardzo dużą dokładnością(błąd względny jest bardzo mały), szczególnie przy porównaniu z dokładnością wyliczenia siły elektromotorycznej.