WYDZIAŁ ELEKTRONIKI |
||||
KATEDRA MIERNICTWA ELEKTRONICZNEGO |
||||
LABORATORIUM PODSTAW MIERNICTWA |
||||
GRUPA 7 |
||||
Ćwiczenie nr 5 |
Imię i nazwisko |
Piotr Worobiej |
||
Temat: Pomiary napięć zmiennych |
Data wykonania ćwiczenia |
20-12-1995r |
||
|
Data odbioru sprawozdania |
|
|
|
|
Ocena zaliczenia |
|
|
|
|
Uwagi |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4. Wyniki pomiarów.
4.1. Pomiar charakterystyki diody i rezystancji miliamperomierza.
ID |
mA |
0.2 |
0.5 |
1 |
1.5 |
2 |
2.5 |
UD |
V |
0.468 |
0.508 |
0.544 |
0.567 |
0.583 |
0.595 |
RmA = 78.52Ω
4.2. Skalowanie woltomierza prostownikowego z przetwornikiem wartości średniej.
I |
mA |
0.2 |
0.5 |
1 |
1.5 |
2 |
2.5 |
U |
V |
1.326 |
2.169 |
3.506 |
4.763 |
6.015 |
7.24 |
4.3. Obserwacja i pomiary napięć w układzie mostkowym woltomierza prostownikowego za pomocą oscyloskopu.
|
|
U12 |
U13 |
U34 |
y |
[cm] |
2.2 |
2.1 |
2.3 |
Dy |
[V/cm] |
5 |
5 |
5 |
U |
[V] |
11 |
10.5 |
11.5 |
4.4. Pomiar skutecznej rezystancji wejściowej woltomierza z przetwornikiem wartości średniej.
Rwe sk = RN = 2200Ω
4.5. Skalowanie woltomierza prostownikowego z przetwornikiem wartości szczytowej.
I |
mA |
0.2 |
0.5 |
1 |
1.5 |
2 |
2.5 |
U |
V |
0.702 |
1.255 |
2.123 |
2.992 |
3.87 |
4.731 |
4.6. Obserwacja i pomiary napięć w przetworniku wartości szczytowej.
|
|
Uwe |
Ud |
Uiład |
DUc(1mF) |
DUc(10mF) |
y |
[cm] |
3.4 |
3.4 |
3.8 |
5 |
0.8 |
Dy |
[V/cm] |
2 |
2 |
0.05 |
0.5 |
0.5 |
U |
[V] |
6.8 |
6.8 |
0.19 |
2.5 |
0.4 |
4.7. Pomiar modułu impedancji wejściowej woltomierza elektronicznego V - 640.
f |
Ua[V] |
Ub[V] |
1kHz |
5 |
4.9 |
10kHz |
5 |
2.5 |
4.8. Pomiar napięcia wielkiej częstotliwości.
f |
sposób pomiaru |
Wynik[V] |
1kHz |
bezpośrednio |
4 |
500kHz |
bezpośrednio |
0.3 |
500kHz |
za pomocą sondy "w.cz." |
3.8 |
4.9. Pomiary przebiegów odkształconych.
Kształt |
URMS[mV] |
UM-4650[mV] |
k |
Ur |
sinus |
100 |
99.38 |
1.00 |
99.38 |
trójkąt |
100 |
95.65 |
1.04 |
99.50 |
prostokąt |
100 |
108.48 |
0.90 |
97.73 |
5. Opracowanie
5.1. Charakterystyka I=f(U) układu woltomierza prostownikowego mostkowego dla napięć dodatnich i ujemnych.
Aby uzyskać charakterystykę I=f(U) układu woltomierza prostownikowego mostkowego skorzystałem z budowy tego mostka. Mostek ten dla obu kierunków prądu stanowi szeregowe połączenie dwóch takich samych diód oraz obciążenia Rp+Ra (gdzie Rp=2kΩ zaś rezystancja miernika Ra=78.52Ω). Czyli, aby otrzymać charakterystykę prądowo - napięciową należy zsumować dwie charakterystyki diody oraz charakterystykę obciążenia o postaci
Charakterystykę diody otrzymuję z wyników pomiarów z zadania 4.1. Zaś charakterystykę obciążenia poprzez wykreślenie prostej o nachyleniu a = 1/(Ra+Rp). Charakterystykę wypadkową otrzymałem poprzez sumowanie napięć odpowiednich przebiegów dla danego natężenia prądu. Można to ogólnie zapisać wzorem: UDW=2*UD+ID*(Ra+Rp).
Poniższy rysunek pokazuje charakterystykę I=f(U) układu woltomierza prostownikowego mostkowego wraz ze wszystkimi etapami graficznego wyznaczania tej charakterystyki.
Na wykresie odpowiednio zaznaczone zostały następujące charakterystyki:
-wykres1 - charakterystyka diody;
-wykres2 - charakterystyka dwóch szeregowo połączonych diód;
-wykres3 - charakterystyka obciążenia
-wykres4 - charakterystyka wypadkowa - charakterystyka woltomierza prostownikowego mostkowego.
5.2. Krzywe skalowania U=f(I) badanych woltomierzy.
Na poniższym wykresie wykreśliłem krzywe skalowania U=f(I) badanych woltomierzy:
-woltomierza prostownikowego z przetwornikiem wartości średniej (woltomierz wartości średniej);
-woltomierza prostownikowego z przetwornikiem wartości szczytowej (woltomierz szczytowy).
Wykres krzywych skalowania U = f(I) badanych woltomierzy.
5.3. Minimalna wartość chwilowej rezystancji wejściowej woltomierza prostownikowego szczytowego.
Wartość minimalnej wartości chwilowej rezystancji wejściowej woltomierza prostownikowego szczytowego obliczam wykorzystując rezystor wzorcowy RN, który był włączony szeregowo z wejściem badanego woltomierza. W tym przypadku rezystancja woltomierza wzorcowego wynosiła RN = 10Ω. W oparciu o spadek napięcia na tym rezystorze, które wynosiło URN = Uiład = 0.19V, obliczam prąd wejściowy iwe w następujący sposób:
Znając chwilowe napięcie wejściowe uwe (które wynosi uwe = 6.8V) oraz chwilowy prąd wejściowy iwe można już obliczyć wartość chwilowej rezystancji wejściowej rwe w następujący sposób:
Otrzymana w ten sposób wartość chwilowej rezystancji wejściowej rwe jest wartością minimalną.
5.4. Moduł impedancji wejściowej woltomierza V - 640.
1. Wartość dla 1kHz.
Aby obliczyć moduł impedancji wejściowej woltomierza V - 640 dla częstotliwości 1kHz w pierwszej kolejności wyznaczam wartość prądu płynącego przez rezystancję 1MΩ, a więc także przez miernik. Prąd ten wyznaczam w następujący sposób:
Mając prąd płynący przez miernik wartość modułu impedancji wejściowej miernika obliczam w następujący sposób:
2. Wartość dla 10kHz.
Aby obliczyć moduł impedancji wejściowej woltomierza V - 640 dla częstotliwości 10kHz w pierwszej kolejności wyznaczam wartość prądu płynącego przez rezystancję 1MΩ, a więc także przez miernik. Prąd ten wyznaczam w następujący sposób:
Mając prąd płynący przez miernik wartość modułu impedancji wejściowej miernika obliczam w następujący sposób:
Jak widać wartość modułu impedancji wejściowej miernika maleje wraz ze wzrostem częstotliwości, w związku z tym można uznać, że impedancja wejściowa tego miernika ma charakter pojemnościowy.
5.5 Błąd względny pomiaru napięcia 500kHz za pomocą woltomierza V - 640, gdy nie używamy sondy w. cz.
Wartość względnego błędu pomiaru napięcia o częstotliwości 500kHz za pomocą woltomierza V - 640 jaki ma miejsce w przypadku, gdy nie używamy sondy w. cz. obliczam w następujący sposób:
Jak widać bezpośredni pomiar napięcia miernikiem V - 640 przy częstotliwości 500kHz jest obarczony tak dużym błędem, że wykonywanie takich pomiarów nie daje nawet zarysu wartości mierzonej. Taki pomiar jest więc pozbawiony sensu.
5.6. Mnożniki poprawkowe i korekty przebiegów odkształconych.
Aby obliczyć mnożniki poprawkowe korzystam z ogólnego wzoru na ten mnożnik poprawkowy:
gdzie: Fx jest współczynnikiem kształtu przebiegu odkształconego
F≈ jest współczynnikiem kształtu przebiegu sinusoidalnego.
Wartości współczynników kształtu odpowiednich przebiegów wynoszą:
-sinusoidalny F≈ = 1.11
-trójkątny (o wypełnieniu 1/2) FΔ =
-prostokątny (o wypełnieniu 1/2) FΠ = 1
W oparciu o powyższe wartości współczynników kształtu otrzymuję, że odpowiednie mnożniki poprawkowe wynoszą:
- sinusoidalny
-trójkątny
-prostokątny
Mając wartości mnożników poprawkowych mogę już obliczyć skorygowane wartości napięcia mierzonego, które otrzymuję, przez pomnożenie wartości zmierzonej odpowiedniego przebiegu odkształconego przez odpowiedni mnożnik poprawkowy. W ten sposób otrzymuję następujące wartości skorygowanych napięć:
-sinusoidalny
-trójkątny
-prostokątny
5.7. Parametry wydruku komputerowego.
Na podstawie wydruku komputerowego otrzymałem następujące wartości parametrów:
Okresy:
1. Okres przebiegu prostokątnego - ok. 100s
2. Okres przebiegu trójkątnego - ok. 100s
3. Okres przebiegu sinusoidalnego - ok. 100s
Napięcie międzyszczytowe:
1. Napięcie międzyszczytowe przebiegu prostokątnego - ok. 6.2V
2. Napięcie międzyszczytowe przebiegu trójkątnego - ok. 6.2V
3. Napięcie międzyszczytowe przebiegu sinusoidalnego - ok. 6.7
5.8 Właściwości metrologiczne metody pomiaru amplitudy za pomocą trzech próbek.
Metoda ta pozwala wyznaczyć na podstawie trzech próbek wartości amplitudy i częstotliwości przebiegu badanego. Wyznaczenia tych wartości dokonuje się na podstawie poniższych wzorów:
W wyniku obserwacji doszedłem do wniosku, że próbkowaniu w okolicach maksimum i minimum sinusoidy występujące błędy wyznaczenia amplitudy i częstotliwości są bardzo małe często nawet bliskie zeru [ % ], natomiast przy próbkowaniu blisko wartości zerowej ( wielokrotności T / 2 sinusoidy ) błędy wzrastały do 6, 8 a nawet 12 [ % ]. Dzięki porównaniu próbkowania za pomocą 12 - bitowego przetwornika bez zniekształceń i ze zniekształceniami zauważyć można, że przy zakłócaniu harmonicznymi błędy wzrastały. Dodatkowo przy zwiększeniu rozdzielczości przetwornika błędy wyznaczenia amplitudy i częstotliwości malały.