WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA

LABORATORIUM FIZYCZNE

Grupa szkoleniowa C 04J Podgrupa I Prowadzący: mgr inż. Wiśniewski

Słuchacz: Grądzki Marek, Kanciak Krzysztof ocena z przygotowania do ćwiczenia: …...

ocena końcowa: .…..

SPRAWOZDANIE

z

PRACY LABORATORYJNEJ Nr 24

I Wstęp Teoretyczny

Drganiami nazywamy taki proces, w którym wielkości fizyczne na przemian rosną i maleją. Szczególnym przypadkiem są drgania harmoniczne, które powstają, gdy siła sprowadzająca układ w położenie równowagi jest proporcjonalna do wychylenia. Rozróżnić można drgania swobodne, wymuszone i tłumione. Układ drgający można zrealizować również dla obwodów elektrycznych, co jest przedmiotem naszego doświadczenia. Będziemy sprawdzać zachowanie układu, pod wpływem działania siły harmonicznej F = F₀ cos (ωt).

Gdy częstotliwość pulsacji siły wymuszającej i drgań swobodnych układu są w przybliżeniu równe, zachodzi zjawisko rezonansu. Zjawisko to możemy wywołać poprzez zmianę częstości pulsacji zasilania przy stałych wartościach R, L, C, lub przy stałej pulsacji przez zmianę elementów obwodu L i C. W zależności od sposobu połączenia można uzyskać rezonans napięć (rezonans szeregowy) lub rezonans prądów (rezonans równoległy).

Potrzebne wzory:

1.Dobroć układu:

2.Pasmo częstości układu:

3.Napięcie na kondensatorze:
gdzie x to częstotliwość względna liczona względem częstotliwości rezonansowej f_r .

a) cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zbadanie rezonansu w obwodach elektrycznych.

b) opis układu pomiarowego

Układ pomiarowy składa się z generatora napięcia sinusoidalnego o przestrajalnej częstotliwości, woltomierza z sondą oraz pudełka z obwodami rezonansowymi.

Obwód rezonansowy składa się z kondensatora o pojemności C, cewki o indukcyjności L, opornika o rezystencji R.

Schemat układu pomiarowego

c) co będziemy mierzyć?

Będziemy mierzyć wartości napięcia U_C dla różnych częstotliwości.

d) co będziemy obliczali?

Wyznaczymy dobroć układu Q oraz pasmo B i wykreślimy zależność napięcia U_C w zależności od częstotliwości (krzywe rezonansowe z i bez kondensatora).

II Opracowanie wyników pomiarów.

1.Wykreślić zmierzoną zależność U_c(x) gdzie x jest częstotliwością względną.

f_r = 14300 Hz

Obliczam wartości x , dla częstotliwości f = 1300 Hz do 1500 Hz.

Otrzymane odpowiednio wartości częstotliwości względnej x:

-0,078	-0,078	-0,078	-0,078	-0,078	-0,078	-0,078
-0,028	-0,028	-0,028	-0,028	-0,028	-0,028	-0,028
0,021	0,021	0,021	0,021	0,021	0,021	0,021

Wykreślam zmierzoną zależność U_c(x)

Wykres 1(załączony na końcu)

2. Wyznaczyć dobroć układu Q

Dobroć układu równa jest wartości wyrażenia
. Gdzie U_x jest wartością maksymalną odczytaną z poprzedniego wykresu, a wartość U₀ = 2,5V.

3.Wyznaczyć pasmo B.

4. Przedstawić zależność U(f) kolejno dla obwodów z kondensatorami o pojemnościach:

Wykres zależności U(f)

Wykres 2 (załączony na końcu).

5.W dyskusji wyników zwrócić uwagę na wartości maksymalne napięcia U₂ w porównaniu z napięciem maksymalnym U₁ oraz na kształt krzywej rezonansowej obwodu pojedynczego.

Napięcie U₂ osiąga zbliżone wartości maksymalne(nieco większe) w porównaniu do napięcia U₁, jednak rośnie znacznie szybciej niż napięcie U₁ . Wykres napięcia U₂ posiada 3 ekstrema lokalne co oznacza iż, jest wykresem sprzężenia nadkrytycznego, gdzie w pobliżu rezonansu amplituda jest bardziej płaska niż w przypadku sprzężenia krytycznego.

Krzywa rezonansowa obwodu pojedynczego posiada jedno ekstremum, które jest maksymalną wartością przyjmowaną przez te napięcie. W odwodzie pojedynczym napięcie rośnie wolniej niż napięcia w obwodach sprzężonych.

III Wnioski:

Napięcie w układzie niesprzężonym przyjmuje nieco mniejsze wartości niż badane napięcia w układzie sprzężonym a spadek amplitudy napięcia jest dużo mniejszy. W układach sprzężonych można zauważyć znaczny wzrost amplitudy. W pojedynczych układach rezonansowych napięcie wzrasta i spada znacznie wolniej. Odnośnie układów sprzężonych stwierdzić można, że drgania istniejące w jednym obwodzie wpływają na zachowanie się drugiego obwodu. Występujące w ćwiczeniu zjawisko sprzężenia nad krytycznego jest najlepszym wyjściem w zastosowaniu filtracyjnym gdyż amplituda w pobliżu rezonansu jest najbardziej płaska.

LITERATURA

Boncz-Brujewicz W.L., Kałasznikow S.G.: Fizyka półprzewodników. PWN, Warszawa 1985.

Smith R.A.: Półprzewodniki. PWN, Warszawa 1966.

Szalimowa K.W.: Fizyka półprzewodników. PWN, Warszawa 1974.

Wert Ch.A., Thomson R.M.: Fizyka ciała stałego. PWN, Warszawa 1974.

S. Bartnicki, W. Borys T. Kostrzyński: Fizyka ogólna, ćwiczenia laboratoryjne, cz. I, WAT Warszawa 1994

Badanie rezonansu w obwodach elektrycznych

---