گزارش کار آزمایشگاه مبانی مهندسی برق گزارش کار آزمایشگاه مبانی مهندسی برق آزمایش مدارهای

Transcript

1 گزارش کار آزمایشگاه مبانی مهندسی برق خدا نام به 00 گزارش کار آزمایشگاه مبانی مهندسی برق آزمایش مدارهای RC uni.ir

2 هدف آزمایش: می خواهیم شارژ ودشارژ خازن را در مدار ببینیم که به چه نحوی وبا چه روابطی است. ابتدا یک مدار به صورت زیر می بندیم وبه یک منبع تغذیه وصل می کنیم شارژ ودشارژ خازن در حد میکرو ثانیه است.پس برای دیدن آن باید از یک اسیلوسکوپ استفاده کنیم.در جلوتر با این وسیله ونحوه ی کار آن آشنا می شویم. منبع ورودی در اینجا به صورت دیسی نیست بلکه به صورت سیگنال مربعی بین 2 مقدار تغییر می کند. است که +VR- R + + i VS C VC - شکل) 1 ) - تفاوت سیگنال سینوسی ومربعی:سینوسی در هر لحظه مقدار دارد و کامال پیوسته است ومتناوب است اما مربعی این گونه نیست. 1

3 اول ببینیم خازن چه رابطه ی شارژی دارد: KVLدر مدارشکل) 1 (: VS=Ri+Vc i=c *dvc/dt q=cv i=dq/dt=c*dv/dt+v*dc/dt Vs=Rc*dvc/dt+vc 0 فرض کنیم: V(s)=5v vc(0)=0 شارژ خازن : Vc(t)=5(1-e^(-t/Rc)) دشارژ خازن: فرض کنیم: Vc(0)=5v v(s)=0v Vc(t)=5e^-t/Rc نکته:اگر بخواهیم خازن کامال شارژ شودودشارژ شود پریود سیگنال باید به صورت زیر باشد. T>10Rc 2

4 مثال(فرض کنیم مقاومت یک اهم باشد وخازن یک نانوفاراد.فرکانس ورودی باید چه قدر باشد تا خازن شارژ و دشارژ شود حداکثر ζ=rc=1*10^(3)*10^(-9)=10^(-6) f<1/10ζ f<1/10*10(-6) f<10^(-5) f< پس فرکانس حداکثرکمتر از 100 کیلوهرتز باشد تا کامال شارژودشارژ شود. نکته(هرچه قدر حاصل ضرب RC دشارژ می شود. کوچکتر باشد زمان کمتر وخازن زودتر شارژو 3

5 آشنایی با اسیلوسکوپ: در اسیلوسکوپ صفحه ی ما تقسیم شده به قسمت های مساوی که هر خانه نشان دهنده ی یک مقدار ولتی است که به وسیله ی کلید VOLT DIV تعیین می شود. در این صفحه خانه عمودی برای ندازه گیری دامنه به کار می رود. برای اندازه گیری یک پریود باید خانه های افقی یک سیکل را شمارش کرد وآن را ضربدر عددی که به وسیله ی کلید TIMEمشخص شده بکنیم. در شکل زیر اسیلوسکوپی را مشاهده می کنید توضیحات الزم با توجه به شماره ی مربوط به هر قسمت دستگاه در زیر آورده شده است: 4

6 1 -کلید اصلی دستگاه power on off :جهت روشن وخاموش کردن اسیلوسکوپ در کنار این کلید یک دیود نورانی وضعیت روشن یا خاموش بودن دستگاه را مشخص می کند. 2 -پیچ تنظیم شدت نور صفحه المپ تصویر. :intens جهت تنظیم میزان شدت نور اشعه جاروب کننده توجه:هنگام شروع کار با دستگاه این پیچ را در قسمت وسط قرار دهید. 3 -پیچ تنظیمfocus :جهت تنظیم ومتمرکز کننده ی اشعه ی جاروب کننده در صورتی که اشعه تنظیم نشده باشد منحنی های تشکیل شده روی صقحه ی المپ پهن تر از معمول دیده میشوند. 4 -پیچ تنظیمTR :جهت افقی نمودن خط ground اسیلوسکوپ. توجه:این پیچ توسط آچار دو سو تنظیم می گردد. 5 -کلید x y :فشار دادن این کلید به داخل باعث می شود موج جاروب افقی المپ اسیلوسکوپ به جای اسیالتور موج دندانه اره ای از کانال 2 در یافت شود. x-pos-6 :جهت کنترل موقعیت موج در محور xها. توجه:هنگام شروع کار این پیچ را در وسط قرار دهید. 7 -پیچ :Hold Off جهت کنترل نمودن زمان بین موج دندانه اره ای جاروب افقی به کار می رود. 8 -المپTRIG : اگر موج دندانه اره ای جاروب افقی بتواند خود را با موج ورودی به کانال های 1 ویا 2 اسیلوسکوپ هم زمان نماید در این صورت تصویر بدون هیچ حرکتی تشکیل مش شود والمپ TRIG نیز روشن می شود. 9 -کلید سه وضعیتی TVSEP :که دارای سه وضعیت به شرح زیر می باشد: OFF :حالت کار عادی اسیلوسکوپ. 5

7 H:TV :جهت کار در قسمت های مربوط به پالس های هم زمانی افقی تلویزیون TV:V :جهت کار در قسمت های مربوط به پالس های هم زمانی عمودی تلویزیون. 10 -کلید پنج وضعیتی :TRIG این کلید جهت هم زمان کردن موج ورودی با موج دندانه اره ای داخل اسیلوسکوپ به کار می رود و دارای پنج وضعیت به شرح زیر می باشد: AC DC AC :برای تریگر کردن موج DC :برای تریگر کردن موج تریگر کردن موجHF HF :برای LF تریگر کردن موج LF :برای :حالت تریگر خط داخلی 11 -کلید +/-:جهت انتخاب شیب سیگنال نمایش داده شده. +:شروع موج با سه باال روند)نیم سیکل مثبت( -: شروع موج با سه پایین روند)نیم سیکل منفی( 12 -کلیدسلکتورTime/Div :جهت تنظیم فرکانس موج دنده اره ای جاروب افقی دارای رنج های μs الی ثانیه. 13 -پیچ تنظیم : این پیچ در قسمت مرکزی سلکتور Time/Div قرار دارد وبرای تنظیم نهایی فرکانس موج دنده اره ای جاروب افقی به کار می رود. توجه: این پیچ در حالت کار عادی قرار گیرد. 14 -کلید Ext :جهت انتخاب حالت تریگر نمودن موج در حالت خارج به وسیله ی موج داخلی ئر حالت داخل به وسیله ی موج خارجی تریگر می شود. 6

8 اعمال - 15 اتصال : TRIGINP جهت اعمال موج تریگر خارجی براي موج تریگر خارجی کلید شمارة 14 باید درحالت داخل باشد. 61 -کلید AT/NORM :جهت انتخاب حالت اتوماتیک یا نرمال تریگر کلید در حالت خارج تریگر اتوماتیک می باشد و در حالت داخل باشد عمل تریگر توسط پیچ شمارة 17 انجام میشود. داخل باشد عمل تریگر پیچ این توسط 17 -پیچLEVEL : در صورتیکه کلید 16 در حالت میشود. انجام :X-Mag* توسط فشار دادن این کلید موج نمایش دادهشده در جهت محورxها 10 برابر انبساط پیدا میکند و براي اندازهگیري فرکانس تا 50HTZبه کار می رود. میدهد. 19 -اتصال 0.2V-2V :CAL عمل کنترل کالیبراسیون اسیلوسکوپ را انجام 20 -کلید ژاک Component :ا tester ین کلید در حالت کار عادي باید در وضعیت خارجی قرار گیرد در صورتی که این کلید فشار داده شود خطی افقی روي صفحه اسیلوسکوپ ظاهر میشود و در صورت وصل نمودن ژاك مربوط به زمین این خط تبدیل به خط عمودي میشود. 16 -پیچ y-pos-1 :جهت کنترل عکودی تصویر کانال کانال : Invert ChI با فشار دادن این کلید موج نمایش دادهشده روي صفحه معکوس می شود. 12 -اتصالcH-I :ورودی کانال 6 باامپدانس داخلی. 1MΏ 30PF 12 -اتصال)ژاک (زمین: این از اتصال داخل به زمین دستگاه متصل میباشد. 7

9 12 -کلید : AC/DC/GD به وسیله این کلید حالت کار دستگاه به شرح زیر تعیین میگردد. AC :در این حالت مقدار موج DC موج حذف شده وتنها مقدار ACنمایش داده می شود. DC :در این حالت هم مقدار DC هم مقدار ACنمایش داده می شود. : GD در این حالت یک خط مستقیم بر روي صفحه اسیلوسکوپ ظاهر میشود. 11 -کلید سلکتورVolts/Div : جهت تنظیم دامنه موج نمایش دادهشده روي صفحه المپ تصویر اسیلوسکوپ می باشد. 12 -پیچ : این پیچ در قسمت مرکزی سلکتور Volts/Div افزایشرنج اندازه گیری ولتاژ به کار می رود. قرار داردوبرای 12 -کلید :CH/ I II جهت انتخاب کانال ورودي به کار حالت داخل کانال II نمایش داده می شود. میرود.در حالت خارج کانالIدر 12 -کلید :Dual در صورتیکه این کلید در حالت خارج باشد تنها موج یک کانال بسته به حالت کلید 28 نمایش داده میشود و در حالت داخل هر دو موج روي صفحه ظاهر میشوند. کانالهاي I II 23 -کلیدADD : توسط این کلید نمایش با هم جمع جبری کنیم. میتوانیم موجهاي ورودي به روي صفحۀ را 26 -کلید سلکتورvOTS/Div :مانند کلید شماره ی 11 است. 21 -پیچ تنظیم :طرز عمل این پیچ مانند پیچ مانند پیچ شماره 12 است. 22 -کلیدDC/GD / AC :طرز عمل این پیچ مانندپیچ شماره 12 است. 22 -اتصال)ژاک (زمین:این اتصال دردر شماره 12 توضبح داده شده است. 22 -اتصالII باامپدانس 1MΏ 30PF کانالII - CH :ورودی 21 -کلید- Invert :جهت CH-II مولکولی کردن موج نمایش داده شده کانال II :جهت کنترل عمودی تصویر کانال II 22 -کلید y-postii 8

10 : مدار RC RC t رابطه مدار RC به صورت زیر می باشد. که در آن به جای قرار داده ایم تا ولتاژ مدار را در این لحظه بدست آورده و از روی مقدار آن در نمودار زمان را در آن ولتاژ بخوانیم : q C ( 1 e t RC ) q C ( 1 e RC RC ) q C ( 1 e 1 ) V(v) ( 1 e 1 ) که در آن q بار خازن C ظرفیت خازن و نیروی محرکه مدار است که محدوده تغییر آن 01 ولت است. 1 10( v) V 10( 1 e ) 6/ 32(v) 9

11 با توجه به مدار شکل) 1 ( : خازن 0222 میکرو فاراد منبع Vs(t) هرتز انتخاب شود. یک منبع مربعی با دامنه ی 4 ولت وفرکانس 1 کیلو وسایل مورد نیاز: اسیلوسکوپ و پراب مقاومت ولتاژ DC متغیر خازن مولتی متر دیجیتال فانکشن ژنراتور منبع شکل زیر یک فانکشن ژنراتور را نشان می دهد. شرح آزمایش: هدف در این آزمایش بدست آوردن منحنی های شارژ و دشارژ خازن است. شکل موج دو سرRو Cرا به ازای مقادیر مختلف R=500Ώ R=100Ώ R=0Ώ وR=1000Ώ روی اسیلوسکوپ مشاهده کرده وشکل یک پریود کامل آن را در دستگاه مختصات مناسبی رسم کنید.دقت کنید که ولتاژ دوسر C در بعضی حاالت شبیه به انتگرال موج ورودی است.شرط الزم برای آن که این مدار انتگرال گیر باشد را ثابت کرده واین مطلب را روی منحنی های ترسیم شده نشان دهید. 10

12 مقاومت وخازن به کیت و وصل کردن آن توسط کروکدیل وسیم ها به اسیلوسکوپ وژنراتور وصل می شود. برای انجام آزمایش ابتدا دو سر خازن را اتصال کوتاه می کنیم و سپس مدار اول را در حالی که منبع جریان خاموش است وصل می کنیم. همزمان با روشن کردن منبع زمان را اندازه می گیریم و ولتاژ را در فواصل زمانی معین می خوانیم. می دانیم که در یک مدار RC ولتاژ دوسر خازن در حالت شارژ و دشارژ به ترتیب از روابط زیر به دست می آیند:«V C = V B (1 e t τ) V C = V B e t/τ که در آنها T ثابت زمانی مدار و برابر RC است. 11

13 با توجه به این روابط یک خازن پس از گذشت ثابت زمانی خود تا حدود 63% ولتاژ نهاییی خود شارژ می شود. با گذشت 5 ثابت زمانی خازن تقریبا شارژ شده است. بنابراین مدت زمانی که باید در این مدار صبر کنیم تا خازن شارژ گردد به صورت زیر محاسبه می شود: t final =5τ=5 RC=50 sec. بنابراین منحنی های شارژ و دشارژ به صورت زیر خواهند بود: V-Charge V-Decharge I-Charge (ma)

14 الف اندازه گیری فرکانس : ابتدا اتصاالت الزم را بین اسیلوسکپ ژنراتور و ولت متر ها برقرار کردیم و سپس سرعت جاروب کردن مربع ها ( واحد های ) اسیلوسکپ ر ا سپس فرکانس سیگنال خروجی از ژنراتور را 1ms 200 Hz تنظیم کردیم. قرار داده و از روی شکل نمودار نمایش داده شده در صفحه نمایش اسیلوسکپ دوره تناوب سیگنال را با توجه به فاصله دو قله متوالی از هم اندازه گرفته و با معکوس کردن دوره تناوب بسامد نمایش داده شده در اسیلوسکپ را محاسبه کردیم و این کار را برای با اضافه کردن Hz به بسامد قبلی انجام داده و نتایج را یادداشت کردیم. فرکانس مختلف هربار جدول فرکانس های ژنراتور و نتایج بدست آمده از اندازه گیری ها روی اسیلوسکپ به همراه نمودارهای مربوطه: 13

15 فرکانس ژنراتور ) Hz( فرکانس اسیلوسکپ Hz( ) شکل امواج / 5.1 = / 3.4 = / 2.6 = / 2 =

16 / 1.7 = / 1.5 = / 1.3 = / 1.1 = / 1 = / 0.9 = نکته : برای خواندن فرکانس از اسیلوسکوپ استفاده می کنیم.اما کم و زیاد شدنش توسط اسیلوسکوپ انجام نمی شود. نشان دهد., (CH1 2 نکته:هر اسیلوسکوپ 2 کانال دارد یعنی موج را میتواند هم زمان CH2) 15

17 16