Όργανα ηλεκτρικών μετρήσεων Ι & ΙΙ

Transcript

1 Όργανα ηλεκτρικών μετρήσεων Ι & ΙΙ 1. Εισαγωγή Σκοπός της Άσκησης αυτής είναι να εξοικειωθεί ο φοιτητής με τις έννοιες και τα μεγέθη που απαντώνται κατά την μελέτη και ανάλυση των ταλαντώσεων, όπως π.χ. το μέγιστο πλάτος, η φάση, η συχνότητα, η κυκλική συχνότητα, η περίοδος κλπ. Και να αποκτήσει μια συγκεκριμένη αντίληψη για το αποτέλεσμα του συνδυασμού δύο ή και περισσοτέρων ταλαντώσεων. Στην προκειμένη περίπτωση θα χρησιμοποιηθούν ηλεκτρικές ταλαντώσεις οι οποίες παράγονται από γεννήτριες συχνοτήτων. Η απεικόνιση των ταλαντώσεων αυτών, καθώς και η μέτρηση των διαφόρων μεγεθών, γίνεται με την βοήθεια καθοδικού παλμογράφου. Έτσι με την ευκαιρία ο φοιτητής εξοικειώνεται με ένα από τα πλέον χρήσιμα ηλεκτρονικά όργανα ελέγχου και μετρήσεως.. Γενικά.1 Περιγραφή του Παλμογράφου Ο καθοδικός παλμογράφος είναι ένα από τα πιο χρήσιμα ηλεκτρονικά όργανα μετρήσεως και χρησιμοποιείται ευρύτατα σε πολλούς τομείς της έρευνας και της τεχνολογίας. Το όργανο αυτό παρέχει βασικά οπτική απεικόνιση κυματομορφών και μπορεί να μετρήσει τάση, χρόνο και διαφορά φάσης μεταξύ δύο εναλλασσομένων τάσεων. Τα περισσότερα όργανα που μετρούν τάσεις χρησιμοποιούν μηχανικά μέσα, όπως πηνία, δείκτες, καθρέπτες κλπ. Τα κινούμενα αυτά μηχανικά μέσα έχουν μεγάλη αδράνεια και δεν μπορούν να παρακολουθήσουν γρήγορες μεταβολές, για το λόγο αυτό δεν μετρούν στιγμιαίες τιμές τάσης αλλά μέσες ή ενεργές τιμές. Αντίθετα στον καθοδικό παλμογράφο δεν υπάρχουν μηχανικά κινούμενα μέρη. Το «κινητό» μέρος είναι η δέσμη των ηλεκτρονίων που έχει αμελητέα αδράνεια και γι αυτό είναι σε θέση να απεικονίζει γρήγορες μεταβολές της τάσης. Το κυριότερο εξάρτημα κάθε παλμογράφου είναι ο σωλήνας καθοδικών ακτινών (C.R.T) ή καθοδικός σωλήνας, που ως προς την αρχή λειτουργίας του θυμίζει εκείνον της συσκευής τηλεοράσεως (Σχ.1). Αποτελείται βασικά από ένα γυάλινο σωλήνα ο οποίος στο ένα άκρο του έχέι μια κάθοδο (Κ) ενώ κατά το άλλο άκρο του διευρύνεται, σχηματίζοντας χοάνη και καταλήγει σε μια σχεδόν επίπεδη φθορίζουσα επιφάνεια, την οθόνη (Ο). Η παραγωγή των ηλεκτρονίων οφείλεται στη θερμιονική εκπομπή της καθόδου (Κ), η οποία θερμαίνεται από το νήμα (Ν). Τα ηλεκτρόνια αυτά έλκονται από την άνοδο (Α) που έχει σχήμα κυλίνδρου ή δίσκου, με μία μικρή τρύπα στη μέση, και βρίσκεται σε δυναμικό μερικών χιλιάδων Volts ως προς την κάθοδο. Αμέσως μετά την κάθοδο υπάρχει ένα μεταλλικό πλέγμα (G) σε μεταβλητό αρνητικό δυναμικό ως προς την κάθοδο, που αφ ενός συγκεντρώνει τα ηλεκτρόνια προς το κέντρο της ανόδου και αφ ετέρου, με κατάλληλη ρύθμιση του αρνητικού δυναμικού, ελέγχει την ένταση της ηλεκτρονικής δέσμης. Μια βοηθητική άνοδος (Α1) μεταξύ ανόδου και καθόδου βρίσκεται σε ενδιάμεσο θετικό μεταβλητό δυναμικό όπου με τη ρύθμιση του δυναμικού αυτού επιτυγχάνεται η εστίαση της δέσμης πάνω στην οθόνη. Όσα ηλεκτρόνια περάσουν μέσα από την τρύπα της ανόδου σχηματίζουν μια λεπτή δέσμη, η οποία όταν συναντήσει την οθόνη, διεγείρει το φθορίζον υλικό της με αποτέλεσμα το σχηματισμό μιας φωτεινής κηλίδας. 1

2 Μετά την άνοδο υπάρχει ένα ζευγάρι από οριζόντια πλακίδια (y) και ένα ζευγάρι από κατακόρυφα πλακίδια (χ), που είναι τοποθετημένα έτσι ώστε η δέσμη των ηλεκτρονίων να περνάει ανάμεσα τους όπως στο (Σχ.1). N Σχ.1. Προοπτική όψη καθοδικού σωλήνα, Κ:κάθοδος, N:θερμαινόμενο νήμα, G:αρνητικό πλέγμα, Α1:βοηθητική άνοδος εστιάσεως, Α:άνοδος, x και y: πλακίδια αποκλίσεως. Το ποτενσιόμετρο INTENSITY ρυθμίζει την ένταση της φωτεινής κηλίδας και το FOCUS την εστίασή της. Αν μεταξύ των πλακιδίων x εφαρμόσουμε μια συνεχή τάση, το ηλεκτρικό πεδίο που δημιουργείται είναι οριζόντιο και επιβάλει μια αντίστοιχη οριζόντια απόκλιση της κηλίδας πάνω στην οθόνη. Η απόκλιση της κηλίδας πάνω στην οθόνη είναι με πολύ καλή προσέγγιση, ανάλογη της τάσης που εφαρμόζεται στα πλακίδια x. Αντίστοιχα εφαρμογή μιας συνεχούς τάσης στα πλακίδια y, προξενεί μια κατακόρυφη απόκλιση της ηλεκτρονικής δέσμης και συνεπώς και της φωτεινής κηλίδας και πάλι ανάλογη της εφαρμοζόμενης τάσης. Επομένως, αν σχεδιάσουμε μια κατάλληλη κατακόρυφη (ή οριζόντια) κλίμακα πάνω στην οθόνη, θα μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τα πλακίδια y (ή x) του παλμογράφου για τη μέτρηση τάσεων (βολτόμετρο). Προφανές είναι τώρα ότι, αν στα πλακίδια x (ή y) εφαρμόσουμε μια εναλλασσόμενη τάση, η φωτεινή κηλίδα θα πηγαινοέρχεται δεξιά-αριστερά, (πάνω-κάτω) ακολουθώντας πιστά τις αυξομειώσεις της τάσης. Όταν η συχνότητα της εναλλασσόμενης τάσης είναι μικρή, το μάτι μας προλαβαίνει να παρατηρήσει την ταλάντωση της κηλίδας. Όταν όμως η συχνότητα είναι μεγάλη (μεγαλύτερη από 10 κύκλους ανά δευτερόλεπτο) δεν προφταίνουμε να δούμε τις διαδοχικές θέσεις της κηλίδας και το μόνο που θα βλέπουμε είναι μια οριζόντια (κατακόρυφη) γραμμή.

3 Η κυματομορφή (τάση) που θέλουμε να μελετήσουμε εφαρμόζεται εν γένει στα πλακίδια y, ενώ αντίθετα στα πλακίδια x εφαρμόζουμε συνήθως «σάρωση» (δηλαδή μια πριονωτή τάση), για να «αναπτύξουμε» στο χρόνο την κυματομορφή των πλακιδίων y. Όλοι οι παλμογράφοι περιέχουν εσωτερικά μια ηλεκτρονική διάταξη που παράγει πριονωτές τάσεις (Σχ. ). Σχ. Πριονωτή τάση Τ 1 :περίοδος ανόδου, Τ : Περίοδος καθόδου, Τ 1 >>T Άμα εφαρμοστεί η πριονωτή αυτή τάση στα πλακίδια x του καθοδικού σωλήνα τότε το ηλεκτρικό πεδίο στο χώρο μεταξύ των πλακιδίων μεταβάλλεται γραμμικά με το χρόνο, οπότε η κηλίδα μετακινείται οριζόντια προς τα δεξιά πάνω στην οθόνη και επειδή η μετακίνηση είναι ανάλογη της τάσης και η τάση ανάλογη του χρόνου. Η μετακίνηση της κηλίδας γίνεται συνεπώς με σταθερή ταχύτητα σε όλη τη διάρκεια Τ 1 της ανόδου της πριονωτής τάσης. Μετά όμως από χρόνο μιας περιόδου η κηλίδα ξαναεμφανίζεται αμέσως αριστερά (Τ <<Τ 1 ) στην αρχική της θέση, για να συνεχίσει και πάλι την οριζόντια κίνηση της προς τα δεξιά. Για να έχουμε πάνω στην οθόνη του παλμογράφου στάσιμη την κυματομορφή που εφαρμόζουμε στα πλακίδια y, πρέπει η περίοδος Τα=Τ1+Τ της σάρωσης να είναι ακέραιο πολλαπλάσιο της περιόδου της κυματομορφής αυτής. Στην πράξη μπορούμε να επιτύχουμε στάσιμη απεικόνιση της κυματομορφής εισόδου του παλμογράφου με τη χρήση της διεγειρόμενης σάρωσης ( Triggered sweep). Με τη μέθοδο αύτή η σάρωση ξεκινάει πάντα όταν το πλάτος και η κλίση της τάσης που εφαρμόζεται στα πλακίδια y έχει μία ορισμένη τιμή. Η τιμή αυτού του πλάτους και της κλίσης μπορούν να ρυθμιστούν εξωτερικώς. 3

4 . Μέτρηση διαφοράς φάσης Αν εφαρμοστούν δύο κυματομορφές της μορφής V1=V10 sinωt και V=V0sin(ωt+φ) σε δύο διαφορετικά κανάλια y και η σάρωση διεγείρεται από την κυματομορφή V1, τότε η εικόνα που θα πάρουμε στην οθόνη του παλμογράφου δίνεται από το Σχ. 3 Σχ.3. Μέτρηση διαφοράς φάσης με τη μέθοδο της διεγειρόμενης σάρωσης Οι κυματομορφές είναι μετατοπισμένες χρονικά κατά Δt και η διαφορά φάσης φ θα βρίσκεται από τη σχέση: όπου Τ η κοινή περίοδος των κυματομορφών. t T Με τη μέθοδο αυτή μπορούμε να μετρήσουμε π.χ. τη διαφορά φάσης μεταξύ τάσης και ρεύματος που διαρρέει ένα κύκλωμα RC. Πράγματι η διαφορά αυτή δεν είναι άλλη από τη διαφορά φάσης μεταξύ των τάσεων στα άκρα του κυκλώματος (U) και στα άκρα της αντίστασης ( V R I. R) και μπορεί εύκολα να 7 προσδιοριστεί με τη συνδεσμολογία του Σχ. 7. 4

5 .3 Διακροτήματα Τα διακροτήματα είναι όπως ξέρουμε ταλαντώσεις με περιοδικά μεταβαλλόμενο πλάτος και προέρχονται από την επαλληλία δύο αρμονικών ταλαντώσεων, οι συχνότητες των οποίων διαφέρουν πολύ λίγο μεταξύ τους (Σχ. 4). Σχ.4. Διακρότημα (γ) που προκύπτει από τη σύνθεση δύο αρμονικών ταλαντώσεων (α) και (β) με γειτονικές συχνότητες. Το αποτέλεσμα της επαλληλίας των δύο ταλαντώσεων ίσου πλάτους μπορεί να γραφεί: A(cos t cos t) Acos t cos t (.) 1 mod όπου 1 av ( 1 ) (.3) και av 1 mod ( 1 ) (.4) Ο χρόνος που μεσολαβεί ανάμεσα σε δύο διαδοχικούς μηδενισμούς του περίοδος Τ δ του διακροτήματος. Η γωνιακή συχνότητα του διακροτήματος. d T Ισούται προφανώς με ω 1 -ω και είναι διπλάσια της ω mod. cos modt καλείται Τη μορφή του διακροτήματος μπορούμε εύκολα να τη δούμε, αν εφαρμόσουμε το άθροισμα δύο ημιτονικών ηλεκτρικών σημάτων στα πλακίδια y ενός παλμογράφου, ενώ στα πλακίδια x εφαρμόζουμε μία πριονωτή τάση. 5

6 .4 Καμπύλες Λισσαζού (Lissajous) Οι καμπύλες Λισσαζού είναι κλειστές τροχιές που διαγράφονται από ένα σημείο, το οποίο εκτελεί ταυτόχρονα δύο αρμονικές ταλαντώσεις. x A cos( t ) y A cos( ) t σε δύο κάθετες μεταξύ τους διευθύνσεις. Η μορφή των σχημάτων Λισσαζού εξαρτάται από τους λόγους των συχνοτήτων ω 1 και ω των φάσεων φ 1 και φ και των πλατών Α 1 και Α. Αν οι συχνότητες ω 1 και ω είναι τυχαίες, δημιουργούνται περίπλοκες καμπύλες, στην περίπτωση όμως που οι συχνότητες έχουν λόγο ίσο με το λόγο δύο ακεραίων αριθμών, τότε παράγονται σταθερά απλά σχήματα της μορφής του Σχ. 5. Αν Ν 1 και Ν είναι ο αριθμός των σημείων επαφής του διαγράμματος Λισσαζού με την οριζόντια και κατακόρυφη πλευρά αντιστοίχως του περιγεγραμμένου ορθογωνίου παραλληλογράμμου, τότε ισχύει η σχέση: 1 N N1 Για ορισμένο λόγο συχνοτήτων τα σχήματα Λισσαζού εξαρτώνται από τη διαφορά φάσης. Π.χ. για ω 1 = ω ω/ω1=1 ω/ω1= ω/ω1=3 ω/ω1=3/ ω/ω1=4/3 φ=180 φ=135 φ=90 φ=45 φ=0 Σχ. 5. Σχήματα Λισσαζού που προκύπτουν από τη σύνθεση δύο κάθετων κυματομορφών με ίσα πλάτη, συχνότητας ω 1 και ω αντιστοίχως και διαφορά φάσης φ. Ο οριζόντιος άξονας αντιστοιχεί σε διαφορετικούς λόγους ω /ω 1 και ο κατακόρυφος σε διάφορες φ. 6

7 Τα σχήματα Λισσαζού (Lissajous) είναι ελλείψεις που εκφυλίζονται σε ευθείες όταν η διαφορά φάσης είναι 0 ή π και γίνονται κύκλοι όταν η διαφορά φάσης είναι π/ και τα πλάτη ίσα. Αν οι συχνότητες δύο ταλαντώσεων έχουν λόγο σχεδόν σταθερό (ω 1 /ω = Ν 1 /Ν ), τότε η διαφορά φάσης μεταβάλλεται καθ όλο το χρόνο και κατά συνέπεια τα σχήματα Λισσαζού για το λόγο ω 1 /ω μεταβάλλονται συνεχώς, όπως φαίνεται στο Σχ. 5. Μπορεί κανείς να παρατηρήσει τα σχήματα Λισσαζού στην οθόνη ενός παλμογράφου, αν στα δύο ζεύγη των πλακών αποκλίσεως x και y εφαρμόσει εναλλασσόμενες τάσεις με ίσες ή πολλαπλάσιες συχνότητες. Η παρατήρηση των σχημάτων Λισσαζού είναι μια κατάλληλη μέθοδος για τον προσδιορισμό των λόγων των συχνοτήτων και των διαφορών φάσεων μεταξύ δύο ταλαντώσεων Πειραματική διάταξη Για να πραγματοποιήσουμε την άσκηση χρειαζόμαστε: 1. Έναν παλμογράφο.. Δύο γεννήτριες χαμηλών συχνοτήτων σαν πηγές ημιτονικής τάσης μεταβλητής συχνότητας. 3. Μια κοινή μπαταρία συνεχούς τάσης. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ ΠΑΛΜΟΓΡΑΦΟΥ ΤΥΠΟΥ HAMEG HM 1004-A Σχ. 6. Φωτογραφία του παλμογράφου HM

8 Ο παλμογράφος HAMEG HM 1004-A έχει δύο ανεξάρτητα κανάλια εισόδου (πλακίδια x, y) που μπορούν να χρησιμοποιούνται είτε το καθένα χωριστά είτε ταυτόχρονα. Το κανάλι (ch) μπορεί να συνδεθεί εσωτερικά με τα πλακίδια x του καθοδικού σωλήνα (όταν ο κεντρικός μεταγωγός Time/div βρίσκεται στη θέση ch), πράγμα που μας δίνει τη δυνατότητα να απεικονίσουμε στην οθόνη διαγράμματα στο επίπεδο x.y. Τα κουμπιά και οι υποδοχές που βρίσκονται στην πρόσοψη του παλμογράφου εκπληρώνουν τις ακόλουθες λειτουργίες: 1) Intensity: Μεταβάλλει την ένταση της δέσμης. (βλ.σχ.1). ) Focus: Ελέγχει την εστίαση της δέσμης. (βλ.σχ.1). 3) VOLTS/DIV: Αλλάζει τη βαθμολογία του κατακόρυφου άξονα περνώντας από 13 διαφορετικές θέσεις από 0V/div μέχρι 1mV/div. Η άσπρη γραμμή δείχνει σε κάθε θέση πόσα Volts αντιστοιχούν σε κάθε τετραγωνάκι κατακόρυφης απόκλισης πάνω στην οθόνη. 4) Ch1 input: Είσοδος στα πλακίδια y, κανάλι 1. 5) Ch input: Είσοδος στα πλακίδια x, κανάλι. 6) AC/DC k GND: Ελέγχει τον τρόπο εισόδου του σήματος. Στη θέση AC ένας πυκνωτής 0.1 μf παρεμβάλλεται σε σειρά με την είσοδο, για να κόβει τη συνεχή συνιστώσα του σήματος εισόδου. Στη θέση DC δεν παρεμβάλλεται τίποτα, ενώ στη θέση GND το σήμα αποσυνδέεται και η είσοδος του ενισχυτή γειώνεται. Αυτό μας επιτρέπει να ορίσουμε ένα μηδενικό επίπεδο για τη μέτρηση συνεχών τάσεων. 7) TIME/DIV: Καθορίζει την ταχύτητα σαρώσεως (δηλαδή τη συχνότητα της πριονωτής τάσης). Υπάρχουν 1 βαθμολογημένες θέσεις από 500 ms/div μέχρι 50ns/div. Η άσπρη γραμμή δείχνει πόσα ms ή μs αντιστοιχούν σε κάθε τετραγωνάκι οριζόντιας απόκλισης. Στη θέση ext x δέχεται εξωτερική σάρωση μέσω της εισόδου trig/ext x. Στη θέση ch η είσοδος ch-input συνδέεται εσωτερικώς με τα πλακίδια x και έτσι μπορούμε να πάρουμε την εικόνα του συνδυασμού δύο καθέτων κυματομορφών στους άξονες x-y (π.χ. καμπύλη Λισσαζού). 8) Ext/Chl/Ch: καθιστά τη σάρωση ικανή να διεγείρεται (triggered) είτε από κάποιο εξωτερικό σήμα που εφαρμόζεται μέσω της εισόδου trig/ext x είτε σε συγχρονισμό με το κανάλι 1 (ch1) ή το κανάλι (ch). 9) INV: Ο διακόπτης αυτός δίνει τη δυνατότητα να διεγείρεται η σάρωση από τη θετική ή την αρνητική κλίση της κυματομορφής εισόδου (στην πράξη αναποδογυρίζει την κυματομορφή). 10) TRIGGER SOURCE (Σκανδαλισμός) και COUPLING Κανονίζει την τιμή της τάσης της κυματομορφής εισόδου από την οποία αρχίζει η σάρωση. Επιλέγει την προέλευση του σήματος σκανδαλισμού. LINE Η πηγή σκανδαλισμού είναι η τάση του δικτύου V=0 Volt. EXT Η πηγή σκανδαλισμού είναι το σήμα που εισάγεται στην είσοδο TRIGGER EXT. AC/DC Μπουτόν επιλογής ζεύξης για το σήμα σκανδαλισμού. Όταν χρησιμοποιείται εξωτερική πηγή και η συχνότητα είναι πολύ χαμηλή, πρέπει να επιλέξεις το DC. TV NORM Χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με τα μπουτόν TV-V και TV-H για απεικόνιση σημάτων τηλεόρασης. 8

9 3. ΓΕΝΝΗΤΡΙΑ ΣΥΧΝΟΤΗΤΩΝ (SWEEP FUNCTION GENERATOR 905C) Μία γεννήτρια συχνοτήτων είναι ένα κύκλωμα RLC στο οποίο ο πυκνωτής είναι μεταβλητός και η έξοδος επίσης δίνει την δυνατότητα λήψεως σήματος επιθυμητού πλάτους (εντός φυσικά ορισμένων ορίων). Το σχήμα δίδει το απλοποιημένο κύκλωμα μιας Γεννήτριας Συχνοτήτων. Μεταβάλλοντας την χωρητικότητα του πυκνωτή μεταβάλουμε την κυκλική συχνότητα του ηλεκτρικού ταλαντωτή σύμφωνα με την γνωστή σχέση. 1 R LC 4L R U L Έξοδος C Σχήμα 7. Απλοποιημένο κύκλωμα μιας γεννήτριας συχνοτήτων. Η Γεννήτρια Συχνοτήτων περιλαμβάνει τα εξής κουμπιά με τις εξής αντίστοιχες λειτουργίες. 1) POWER ON-OFF: Είσοδος γραμμής. 100V,10V,10V ή 30V 10%. ) FUNCTION SWITCH: Επιλογή ημιτονικού, τριγωνικού ή τετραγωνικού κύματος. 3) RANGE SWITCH: Επιλογέας ρύθμισης συχνότητας. 4) AMPLITUDE CONTROL: Μεταβάλλει το πλάτος-τάσης(volt) της λαμβανομένης ταλάντωσης. Ελέγχει το εξωτερικό επίπεδο από 0-0db. Όταν το κουμπί είναι προς τα έξω λειτουργεί σαν εξασθενητής (ATTENUATOR 0db). 5) FREQUENCY DIAL: Ελέγχει την έξοδο της συχνότητας σε επιλεγμένη ρύθμιση. 6) OUTPUT: Έξοδος γεννήτριας. 0Vp-p (open), 10Vp-p (50Ω). 7) DISPLAY: Παρουσιάζει την είσοδο και την έξοδο της συχνότητας. 8) SWEEP RATE CONTROL: Ρυθμίζει το καθάρισμα του ρυθμού της εσωτερικής γεννήτριας. 9) SWEEP WIDTH CONTROL: Ρυθμίζει το μέγεθος του καθαρίσματος. 10) OSC/COUNT: Ταλαντωτής ή Μετρητής με τον τρόπο επιλογής του διακόπτη. 9

10 Βασικά στοιχεία καθοδικού σωλήνα Παλμογράφου 4.1 ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΑΣΗΣ ΚΑΙ ΠΕΡΙΟΔΟΥ α) Συνεχής τάση DC (από μπαταρίες) β) Εναλλασσόμενη τάση AC (Γεννήτρια ή VARIAC) V V V 1 Vp-p Vp=Vo 0 t 0 t T=1/f Η ενεργός τάση Vrms δίνεται σε σχέση με τα παραπάνω μεγέθη. (peak=κορυφή). V rms V p p. V rms Vp (Βλέπε σχήμα) Τ = Περίοδος. f = Συχνότητα. 1 f T 10

11 4. Α. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΠΟΛΥΜΕΤΡΟ Το πολύμετρο είναι όργανο που έχει τη δυνατότητα να μετρήσει τόσο συνεχείς όσο και εναλλασσόμενες τάσεις και ρεύματα, καθώς και αντιστάσεις. Ακόμη μπορεί να μετρήσει διόδους, τρανζίστορ, συχνότητα, θερμοκρασία και πυκνωτές. 1) Μετρήστε πέντε(5) μπαταρίες και σημειώστε τις τιμές τους (Τάση-Volt). ) Μετρήστε Ωμικά(Ohm) τρεις (3) αντιστάσεις και καταγράψτε τις τιμές τους. 3) Μετρήστε μία (1) δίοδο και ένα (1) τραντζίστορ και καταγράψτε τις τιμές τους. 4) Καταγράψετε προσωπικά την αντίσταση και την τάση που έχετε. Δικαιολογήστε την απάντησή σας. ΠΑΛΜΟΓΡΑΦΟΣ Εκτέλεση του Πειράματος 1) Βάλτε σε λειτουργία τον παλμογράφο πατώντας το κουμπί POWER στη θέση ON, στρέφοντας το ποτενσιόμετρο με την ένδειξη INTENSITY δεξιά. (Περιμένετε ένα περίπου λεπτό να ζεσταθεί). ) Προσπαθήστε να δείτε την κηλίδα της δέσμης για το κανάλι 1, περιστρέφοντας τους μεταγωγούς VOLTS / DIV και TIME / DIV, που μετατοπίζουν τη θέση της κηλίδας πάνω - κάτω και δεξιά - αριστερά αντίστοιχα. 3) Εστίασε τη δέσμη με τον ποτενσιόμετρο FOCUS και μεταβάλλετε την ένταση με το ποτενσιόμετρο INTENSITY, ώστε τελικά η κηλίδα να μην έχει έντονη φωτεινότητα. ΠΡΟΣΟΧΗ. Ποτέ μην αφήνετε μια έντονη φωτεινή κηλίδα πάνω στην οθόνη γιατί θα την καταστρέψει. ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ 1) Μετρήστε πέντε(5) μπαταρίες και σημειώστε τις τιμές τους με παλμογράφο. (Τάση - Volt). ) Μετρήστε ο κάθε ένας χωριστά τρείς τιμές με πολύμετρο και παλμογράφο. (Τάση - Volt). Εξηγήστε τις τυχόν διαφορές που υπάρχουν. 11

12 4.3 Β. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ 1) Να δοθούν από τη γεννήτρια και να μετρηθούν με τον παλμογράφο οι συχνότητες: Α) TIME / DIV 1msec. Το ημιτονικό κύμα 6 κουτάκια οριζόντια. VOLTS / DIV Volt Το ημιτονικό κύμα 7 κουτάκια κατακόρυφα. Ποιά είναι η f. Ποιά είναι η Vp-p, Vp, Vrms. Β) TIME / DIV 50μsec. Το ηιτονικό κύμα 5 κουτάκια οριζόντια. VOLTS / DIV 0,5Volt. Το ημιτονικό κύμα 8 κουτάκια κατακόρυφα. Ποιά είναι η f. Ποιά είναι η Vp-p, Vp, Vrms. Γ) TIME / DIV 0,μsec. To ημιτονικό κύμα 9 κουτάκια οριζόντια. VOLTS / DIV 50mVolt. Το ημιτονικό κύμα 5 κουτάκια κατακόρυφα. Ποιά είναι η f. Ποιά είναι η Vp-p, Vp, Vrms. ) Μετρήστε τον Μετασχηματιστή (Μ/Σ) του εργαστηρίου με πολύμετρο και παλμογράφο. Καταγράψετε τις τιμές που βρήκατε (Τάση-Volts, Συχνότητα f-herzt). Δικαιολογήστε την απάντησή σας. 3) Μετρήστε τον ΦΟΡΤΙΣΤΗ του κινητού σας με πολύμετρο και παλμογράφο. Εξηγήστε την λειτουργία του. 1

13 4.4 ΜΕΤΡΗΣΗ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑΣ ΜΕ ΣΧΗΜΑΤΑ LISSAJOUS Για να εμφανιστούν στην οθόνη του παλμογράφου τα σχήματα Lissajous (Λισσαζού), θα πρέπει η fx (CH1) δέσμη να έχει μία συχνότητα τέτοια έτσι ώστε αν και η fy (CH) δέσμη έχει κάποια παραπλήσια τιμή συχνότητας, ο παλμογράφος να εμφανίζει την επαλληλία των δύο, που έχει τη μορφή των σχημάτων Lissajous. Ο ΠΑΛΜΟΓΡΑΦΟΣ ΘΑ ΠΡΕΠΕΙ ΝΑ ΔΟΥΛΕΥΕΙ ΣΤΗ ΘΕΣΗ ΚΑΤΑΓΡΑΦΕΑ (Χ-Υ). Ο τύπος που συσχετίζει τις δύο συχνότητες με τα σχήματα Lissajous είναι: fy. ny = fx. nx ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1. fy = 50 Ηz και fx= 100 Hz. fy = 50 Ηz και fx = 5 Hz τότε ηy= ηx=1 τότε ηy=1 ηχ= nx=1 nx= ny= ny=1 13

14 Υπολογίστε τη συχνότητα άγνωστης πηγής συχνοτήτων (γεννήτρια) με τη βοήθεια των σχημάτων Lissajous τα οποία προκύπτουν από το συνδυασμό του σήματος αυτής, με το σήμα μίας γεννήτριας γνωστών συχνοτήτων. Α/Α Γνωστή fy ny nx Άγνωστη fx - Υπολογισμός Γεννήτρια ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ Να ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΕΙ πόσα Vp-p είναι η τάση του Δικτύου της Δ.Ε.Η. Γνωρίζετε ποια είναι η (f) συχνότητά του; Η τιμή μίας τάσης συγκεκριμένης συχνότητας (π.χ. f= Hz) που δίνετε από την γεννήτρια, θα προκύψει να έχει την ίδια τιμή (VOLTS) αν μετρηθεί με παλμογράφο ή πολύμετρο και ΓΙΑΤΙ; (μετρήστε τις τιμές πειραματικά) Σχεδιάστε και εξηγήστε ένα κύκλωμα ημιανόρθωσης. Εξηγήστε και το κύκλωμα εξομάλυνσης που υλοποιήσατε στο Εργαστήριο. Ποια η διαφορά του Μετασχηματιστή (Μ/Σ) από τον Φορτιστή. Τι είναι οι καμπύλες (σχήματα) Lissajous (Λισσαζού); Τι είναι το Intensity; και τι το Focus; VOLTS/DIV. Τι καθορίζουμε επακριβώς με τον ΠΑΛΜΟΓΡΑΦΟ ΠΟΥ ΓΙΝΕΤΑΙ ΤΟ ΠΕΙΡΑΜΑ; TIME/DIV. Τι καθορίζουμε επακριβώς με τον ΠΑΛΜΟΓΡΑΦΟ ΠΟΥ ΓΙΝΕΤΑΙ ΤΟ ΠΕΙΡΑΜΑ; Πόσα VOLTS maximum μετρά ο παλμογράφος του εργαστηρίου και Γιατί; Η είσοδος του παλμογράφου είναι: a) 5Ω-15pF, b) 1ΜΩ-15pF, c) 400MΩ-15pF. Δικαιολογήστε την απάντησή σας. 14