16.01.2002

Tomasz Mroziński

Fizyka II bis

Środa 15³⁰ - 18³⁰

Ćwiczenie Nr 41

Temat:

Badanie stałej czasowej

WSTĘP TEORETYCZNY

Kondensator to element dwukońcówkowy o następującej własności

.

Kondensator o pojemności C faradów i napięciu U woltów między wyprowadzeniami zawiera Q kulombów zmagazynowanego ładunku na jednej okładce i -Q na drugiej. Kondensatory są elementami, które w pierwszym przybliżeniu możemy traktować jako rezystory zależne od częstotliwości. Po zróżniczkowaniu równania definicyjnego otrzymamy

.

Prąd jest wprost proporcjonalny nie do napięcia lecz do szybkości jego zmian. Pojemność kondensatorów mierzymy w faradach. Farad (F) jest jednak jednostką bardzo dużą stąd mamy do czynienia zazwyczaj z mikrofaradami (μF) lub pikofaradami (pF). Konstrukcja podstawowa kondensatora to po prostu dwa przewodniki umieszczone blisko siebie (lecz nie stykające się ze sobą). Aby uzyskać większą pojemność, trzeba zwiększyć powierzchnię przewodników i zmniejszyć odległość między nimi. Zwykle stosuje się pokrywanie jakimś przewodnikiem powierzchni cienkiego materiału izolacyjnego, na przykład taśmę poliestrową pokrywa się aluminium i zwija do postaci niewielkiego cylindra. Pojemność kilku kondensatorów połączonych równolegle jest sumą pojemności poszczególnych kondensatorów.

Dla kondensatorów połączonych szeregowo wzór na pojemność całkowitą układu ma taką samą formę jak wzór na rezystancję zastępczą rezystorów połączonych równolegle.

(przypadek tylko dla dwóch kondensatorów)

Istnieją dwie metody opisu układów prądu zmiennego. Można mówić o zależności U i I od czasu lub o zależności amplitud sygnału od jego częstotliwości. Jeżeli połączymy kondensator z opornikiem wzór definicyjny daje

Jest to równanie różniczkowe o rozwiązaniu

Tak więc obciążenie naładowanego kondensatora rezystorem powoduje jego rozładowanie, a napięcie zmienia się tak jak na rysunku zamieszczonym obok. Iloczyn RC jest nazywamy stałą czasową układu i oznaczamy:

Dla R w omach i C w faradach, jednostką stałej czasowej jest sekunda. Kondensator o pojemności 1μF i rezystor o rezystancji 1kΩ dają stałą czasową 1 ms. Stała czasowa określa czas po jakim napięcie spadnie do wartości 37 % swej początkowej wielkości.

Urządzenia zewnętrzne dołącza się do komputera za pomocą urządzeń sprzęgających, zwanych interfejsami lub sprzęgami. Opracowano wiele rodzajów sprzęgów, z których kilka stało się standardami międzynarodowymi. Umożliwiają one nie tylko przesyłanie danych między komputerem i aparaturą zewnętrzną, ale również w urządzeniach bardziej nowoczesnych, wyłączenie pokręteł i przełączników umieszczonych na ich płytach czołowych i zdalne sterowanie pracą tych urządzeń za pomocą sygnałów z komputera. Jednym z nich jest interfejs szeregowy RS 232. Rysunek znajdujący się poniżej przedstawia rozkład wyprowadzeń interfejsu szeregowego firmy Canon.

PG (Protective Ground) - masa ochronna;

TD (Transmit Data) - dane nadawane;

RD (Receive Data) - dane odbierane;

RTS (Request to Send) - żądanie nadawania;

CTS (Clear to Send) - gotowość nadawania;

DSR (Data Set Redy) - gotowość urządzenia transmisyjnego;

GND (Signal Ground) - masa sygnałowa;

DCD (Data Carrier Detect) - nośna odbierana;

DTR (Data Terminal Redy) - gotowość terminalu;

Interfejs szeregowy umożliwia połączenie ze sobą dwu urządzeń: jednego zwanego peryferyjnym, jak komputer, drukarka, oraz urządzenia do komunikacji danych, jak na przykład modem lub przyrząd pomiarowy. Zaleca się aby połączenie to było zrealizowane za pomocą kabla szeregowego o długości nie przekraczającej 15 m. Sprzęt ten służy do szeregowej transmisji danych, bit po bicie. Pozwala na zrealizowanie transmisji synchronicznej, w której kolejne bity są przesyłane zgodnie z impulsami zegara nadajnika (rzadko stosowana), lub asynchronicznej, która wymaga wymiany sygnałów sterujących, przygotowujących urządzenia do nadawania i odbioru oraz zezwalających na nadawanie. Linie sterowania interfejsu szeregowego pracują w logice dodatniej, natomiast linie danych - w logice ujemnej (stan aktywny tych linii jest stanem niskim). Jako sygnały H przyjmuje się napięcie od +3V do +25V, jako sygnały ujemne od -3V do

-25V. Napięcia od -3V do +3V na liniach sygnałowych nie mają określonego znaczenia. Szybkości transmisji danych mogą być dowolnie wybierane spośród ustalonych wartości od 75 bodów (bitów na sekundę) do 19 200 bodów, choć niekiedy stosuje się wyższe częstotliwości.

---