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

R_mA = 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.

R_{we sk} = R_N = 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 R_p+R_a (gdzie R_p=2kΩ zaś rezystancja miernika R_a=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/(R_a+R_p). Charakterystykę wypadkową otrzymałem poprzez sumowanie napięć odpowiednich przebiegów dla danego natężenia prądu. Można to ogólnie zapisać wzorem: U_DW=2*U_D+I_D*(R_a+R_p).

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 R_N, który był włączony szeregowo z wejściem badanego woltomierza. W tym przypadku rezystancja woltomierza wzorcowego wynosiła R_N = 10Ω. W oparciu o spadek napięcia na tym rezystorze, które wynosiło U_RN = U_iład = 0.19V, obliczam prąd wejściowy i_we w następujący sposób:

Znając chwilowe napięcie wejściowe u_we (które wynosi u_we = 6.8V) oraz chwilowy prąd wejściowy i_we można już obliczyć wartość chwilowej rezystancji wejściowej r_we w następujący sposób:

Otrzymana w ten sposób wartość chwilowej rezystancji wejściowej r_we 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: F_x 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) F_Δ =

-prostokątny (o wypełnieniu 1/2) F_Π = 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.

---