1. CEL ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z właściwościami najprostszych dwójników rezystancyjnych, pojemnościowych, indukcyjnych, źródeł napięcia i prądu będącymi podstawowymi składnikami obwodów elektrycznych i elektronicznych oraz zaobserwowanie ich zachowania przy zmianie częstotliwości.

2. WSTĘP

Dwójnikiem elektrycznym jest obwód, który łączy się i wymienia energię z innymi elementami układu tylko przez dwa zaciski, zwane zaciskami tego dwójnika. Dwójnik może mieć strukturę prostą jednoelementową (np. rezystor) lub skomplikowaną, złożoną z tysięcy elementów (np. układ scalony). Istotną cechą dwójnika jest charakter zachodzących w nim przemian energetycznych - może on wydawać lub pobierać energię. Dostarczona energia może być magazynowana (w kondensatorze lub cewce) lub ulegać przemianie na inne formy energii (cieplną lub mechaniczną).

Dwójniki dzielimy na:

⇒ skupione (dyskretne) - jeżeli napięcie i prąd w dwójniku nie zależą od współrzędnych geometrycznych.

⇒ stacjonarne - jeżeli nie zmienia swoich właściwości w czasie.

⇒ niestacjonarne - związek między napięciem a prądem zmienia się w czasie.

⇒ liniowe - spełnia zasadę super pozycji (odpowiedź na sumę wymuszeń jest sumą odpowiedzi).

⇒ nieliniowe - nie spełnia zasady superpozycji.

⇒ stabilne - ograniczony sygnał wymuszenia powoduje ograniczony sygnał odpowiedz.

⇒ niestabilne - mogą to być dwójniki nieliniowe i aktywne.

⇒ źródłowe - źródła dostarczające energię elektryczną do obwodu.

3. PRZEBIEG ĆWICZENIA

3.1 Obserwujemy charakterystyki poszczególnych dwójników dla różnych częstotliwości.

3.1.1. KONDENSATOR RZECZYWISTY

- dla częstotliwości 0,15 kHz

- dla częstotliwości 0,6 kHz

3.1.2. DIODA

- dla częstotliwości 0,15 kHz

- dla częstotliwości 5,4 kHz

3.1.3. CEWKA RZECZYWISTA

- dla małej częstotliwości

- dla dużej częstotliwości

3.1.4. CEWKA Z REZYSTOREM UJEMNYM

3.1.5. DIODA Z FOTOREZYSTOREM

- dla częstotliwości 0,9 kHZ

- dla częstotliwości 5,4 kHz

3.1.6. FOTOREZYSTOR

- dla małej częstotliwości

- dla dużej częstotliwości

3.1.7. PRZERWA

3.1.8. ZWARCIE

3.1.9. REZYSTOR UJEMNY

- dla małej częstotliwości

- dla dużej częstotliwości

3.1.10. ŹRÓDŁO STEROWANE NAPIĘCIOWE

3.1.11. ŹRÓDŁO STEROWANE PRĄDOWE

- dla częstotliwości 0,15 kHz

- dla częstotliwości 5,4 kHz

3.2. Mając do dyspozycji idealne źródła napięciowe, prądowe rezystory oraz idealne diody modelujemy dwójnik realizujący charakterystyki przedstawione na rysunku 1.a. i 1.b. W przypadku 1.a. charakterystyka ma się przesuwać po osi prądu jak i napięcia oraz mieć regulowane R.

a.

b.

rys.1.

Zamodelowane schematy

a.

b.

WNIOSKI I SPOSTRZEŻENIA

Ćwiczenia miało na celu zapoznanie się z właściwościami dwójników rezystancyjnych, pojemnościowych, indukcyjnych, źródeł napięcia i prądu oraz obserwowanie ich zachowania przy zmianie częstotliwości. Z założenia badane dwójniki miały być idealne. Jak się okazało nie były to dwójniki idealne co nas nie zdziwiło gdyż takowe nie istnieją. Przy małych częstotliwościach od kilkuset Hz przebiegi obserwowanych elementów pasywnych jak i aktywnych miały kształt zbliżony do teoretycznych charakterystyk. Przy zwiększaniu częstotliwości wszystkie charakterystyki badanych elementów zaczęły się widocznie odkształcać. Przy elementach o charakterystyce liniowej zaczęły przybierać kształt elipsy.

W fotorezystorze wpływ częstotliwości objawia się dopiero dla większej rezystancji, czyli przy mniejszym naświetleniu dwójnika. W przypadku diody jej górna część charakterystyki jest odchylona od pionu co może świadczyć o posiadaniu prze diodę rezystancji wewnętrznej.

Zauważyliśmy pewne odchylenia od charakterystyki modelowej dla źródła napięciowego regulowanego co naszym zdaniem wiązało się z tym, że źródło to posiadało pewną rezystancję wewnętrzną - okazało się, że badane źródło nie było idealne. Również w przypadku cewki elipsa była lekko pochylona ze względu na występowanie rezystancji uzwojenia.

Po dokonanych przez nas obserwacjach stwierdziliśmy, że przy projektowaniu i budowaniu układów o wysokich częstotliwości należy brać pod uwagę bardzo znaczące odkształcenia charakterystyk elementów, gdyż mogą one powodować nieprawidłowe działanie tych układów.

---