POLITECHNIKA LUBELSKA W LUBLINIE		LABORATORIUM TECHNIKI WYSOKICH NAPIĘĆ
				Ćw. nr 15
NAZWISKO Kierczyński Kilijanek Kalinowski	IMIĘ Konrad Łukasz Michał	SEMESTR V	GRUPA 5.3	ROK AKADEMICKI 2009/2010r
TEMAT ĆWICZENIA: Badanie przebiegów falowych w liniach długich			DATA 05.01.2010 r	OCENA

1. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się ze zjawiskami falowymi występującymi w liniach długich. Ponadto celem ćwiczenia jest zapoznanie się z programem i sposobem symulowania zjawiska falowego i sposobami jego obliczania.

2. Wykonanie ćwiczenia:

1. Warunki atmosferyczne.

• Temperatura otoczenia t = 22,5 ^oC,

• Ciśnienie atmosferyczne b = 999 hPa,

• Wilgotność względna powietrza φ = 10 %

2. Wyznaczenie impedancji falowej.

Parametry linii modelowej:

- impedancja falowa Z₀ = 500 Ω

- prędkość fazowa v = 300m/ μs

- długość l = 0,345 km

- indukcyjność jednostkowa L₀ = 1,667 mH/km

- pojemność jednostkowa C₀ = 6,667 nF/km

- czas przejścia fali przez linię t₀ = 1,15 s

Podczas wykonywania tego pomiaru podawaliśmy na wejście napięcie prostokątnenatomiast wyjście pozostawiliśmy rozwarte. Przebiegi obserwowaliśmy na wejściu linii jednocześnie regulując wartość rezystancji potencjometrem. Po wykonaniu tych czynności schemat układu pomiarowego wyglądał tak jak poniżej. Wartość na generatorze napięcia wyjściowego wynosiła ok. 0,5V i częstotliwość 50 Hz. Kolejnym etapem było tak wyregulowanie rezystancji R₁ aby na na wykresie nie występowały „ząbki”. Gdy tak się to stanie to fala będzie miała kształt prostokątny i wystąpi dopasowanie falowe na wejściu linii.

• Schemat układu pomiarowego:

Rys. schemat układu pomiarowego do wyznaczenia impedancji falowej.

Pomiar rezystancji linii nie dokonywaliśmy miernikiem lecz założyliśmy ze impedancji falowa całej linie wynosi 500Ω. Z_c=450Ω + 50Ω=500Ω, przy czym 450Ω jest to założona wartość rezystancji linii i 50Ω jest to wartość rezystancji wejściowej generatora. Kolejnym etapem jest wyznaczenie rezystancji wyjściowej linii. Dokonujemy ją przez zwarcie gniazda 7 i 10 i regulujemy potencjometrem P₂ do momentu aż przebiegi na wejściu i wyjściu będą prostokątnego takiej samej amplitudzie, pamiętając o niezmiennej wartości rezystancji potencjometru P₁. w ten sposób uzyskujemy dopasowanie falowe na wejściu i wyjściu linii co można interpretować, że nie zachodzą odbicia fal. Wartość rezystancji na końcu linii powinna wynosić tyle samo co na wejściu czyli 500Ω.

3. Pomiar czasu przejścia fali przez linię.

Podczas realizowania tego punktu korzystaliśmy z układu z poprzedniego punktu. Na oscyloskopie dokonujemy odczytu czasu t₀. czas ten oznacza nam w jakim czasie fala przebiega linie.

W naszym przypadku czas ten wynosił:

t₀=1,04μs.

Podczas pomiaru w tym punkcie wykonaliśmy następujący zrzut:

Rys. Otrzymana charakterystyka dla pomiaru czasu przejścia fali przez linie.

Na zrzucie są zaznaczone następujące wielkości:

u₁ - amplituda fali padającej

u'₁ - amplituda fali odbitej

u₂ - amplituda fali przepuszczonej

t₀ - czas w którym fala przebiega linię

t₁ - czas po którym napięcie wzrasta od U do wartości 2U

Czas przejścia t₀ wynosi 1,04μs. Uwzględniając:
μs

Fala przebiega od końca linii w czasie t₀ po czym się odbija od jej końca i z takim samym znakiem po czasie t₀ od chwili odbicia (czyli 2t₀ = t₁ od momentu trafienia na linie) powraca na początek linii. Tutaj sumuje się z falą pierwotną dając napięcie o wartości 2U.

Współczynnik przepuszczenia i odbicia fali na końcu linii wynoszą:

, ogólnie

4. przejście fali prostokątnej przez punkt łączący dwie linie o różnych impedancjach falowych.

Podczas badania tego punktu pomiarowego korzystaliśmy z następującego schematu:

Rys. schemat pomiarowy do badania przejścia fali prostokątnej przez punkt łączący dwie linie o różnych impedancjach falowych.

Realizując pomiary w tym punkcie wykorzystano równoważność impedancji falowej z opornością skupioną R=Z_c. Dlatego do końca linii modelowej zamiast linii o impedancji falowej Z₂ dołącza się rezystor R₂=Z₂. przy wartości Z₁=50+450=500Ω, przy której zapewnione mamy dopasowanie rezystancji wejścia linii do generatora, musieliśmy obserwować przebiegi napięcia na wejściu i wyjściu dla różnych nastaw wartości Z₂. wyniki pomiarów przedstawiłem w tabeli pomiarowej.

Tabela pomiarowa nr1.

Lp.	Z1	Z2	u1	u1'	u2	α12	β21	α'12	β'21	u2	u1'
		[Ω]	[Ω]	[V]	[V]	[V]	---	---	---	---	[V]	[V]
1.	500	2500	3,83	2,87	6,28	1,667	0,67	1,64	0,75	6,38	2,57
2.	500	500	3,89	0	3,89	1,00	0,00	1,00	0,00	3,89	0
3.	500	50	4	3,27	0,845	0,18	-0,82	0,21	0,82	0,72	-3,28

Przykładowe obliczenia dla wiersza nr1:

;
;
V

;
;
V

Otrzymany zrzut dla Z₂=2500 Ω

Rys. Otrzymana charakterystyka dla pomiaru Z₂=2500Ω

Otrzymany zrzut dla Z₂=500 Ω

Rys. Otrzymana charakterystyka dla pomiaru Z₂=500Ω

Otrzymany zrzut dla Z₂=50 Ω

Rys. Otrzymana charakterystyka dla pomiaru Z₂=50Ω

Na zrzutach są zaznaczone następujące wielkości:

u₁ - amplituda fali padającej

u'₁ - amplituda fali odbitej

u₂ - amplituda fali przepuszczonej

III. Wnioski

Po przeprowadzeniu pomiarów można zauważyć, że przy wyznaczaniu impedancji falowej dążyliśmy do uzyskania dopasowania impedancji falowej na wejściu i wyjściu linii. Dopasowanie falowe jest takim zjawiskiem w którym nie zachodzą odbicia fal. W pierwszym punkcie pomiarowym korzystaliśmy z założonej wartości impedancji. Na którą składały się rezystancja wejścia linii (450Ω) i rezystancja wyjściowa (50Ω). W drugim punkcie ćwiczenia powinniśmy wyznaczyć czas po którym napięcie wzrasta od U do 2U, natomiast my przeprowadziliśmy pomiar czasu w którym fala przebiega linie. W ostatnim punkcie ćwiczenia dokonywaliśmy obserwacji i pomiaru napięcia przy różnych impedancjach na wyjściu linii. Podczas pomiarów zauważyliśmy, że zmienia się amplituda fali która jest zależna od włączonej impedancji. Jak widać przy największej wartości impedancji fala przepuszczona ma wartość, która jest sumą wartości fali padającej i odbitej. Natomiast w przypadku w którym wartość impedancji wejściowej jest równa wartości impedancji wyjściowej fala padająca jest w całości fala przepuszczoną. Dzieje się tak dlatego gdyż w tym przypadku zachodzi równość impedancji. Przy przejściu fali z większej impedancji do mniejszej impedancji fala padająca o stałej amplitudzie odbija się i posiada bardzo mała amplitudę. Natomiast fala przepuszczona jest różnica fali padającej i odbitej z tym, że fala przepuszczona jest ze znakiem przeciwnym co widać na załączonym wykresie. Przedstawione dwie wersje obliczeń współczynników przepuszczania i odbicia fali nieróżnią się zbyt dużą wartością, co świadczy, że pomiary i obliczenia zostały poprawnie wykonanie. Dodatkowo analitycznie oblicz wartości amplitudy fali odbitej i przepuszczonej nie różnią się od siebie o dużą wartość co także świadczy o poprawności wykonanych pomiarów.

6

u'₁

u₁

u₂

t₀

t₁

u₁

u'₁

u₂

u₁

u₂

u₁

u'₁

u₂

---