1. Stany nieustalone w obwodach prądu stałego.

1. Stany nieustalone w obwodach prądu stałego.

Stany nieustalone w obwodach prądu stałego
1.
Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest przeprowadzenie badania zjawisk w stanie nieustalonym w obwodach RC
oraz RLC.
Uwaga !
Załączenie zasilania układu następuje po sprawdzeniu poprawności połączeń przez
prowadzącego. Wartości elementów R, L, C oraz napięć zasilających uzgodnić
z prowadzącym zajęcia.
2.
Obwód RC
Uzgodnić wartości elementów R i C oraz napięcie zasilania UG z prowadzącym zajęcia.
Dokonać pomiaru parametrów elementów R oraz C. Obliczyć wartość stałej czasowej τ układu
RC.
Połączyć układ zgodnie ze schematem przestawionym na rys. 1.
Rys. 1. Schemat układu pomiarowego; R – rezystor dekadowy lub opornik stały
Ustawić oscyloskop na jednokrotne wyzwalanie. Do rejestracji ur należy skorzystać z funkcji
matematycznych oferowanych przez oscyloskop. Zarejestrować przebiegi napięć na ekranie
oscyloskopu przy zmianie położenia styków z P2 na P1, a następnie wypełnić tabelę
pomiarową w części oznaczonej „Pomiary” – tabela 1. Zarejestrowane przebiegi można też
zapisać na zewnętrznej pamięci podłączonej do portu USB oscyloskopu lub sfotografować.
Tabela 1. Wyniki pomiarów i obliczeń.
UG = ......... V
Obliczenia
Pomiary
t
uc = u2
ur = u1 − u2
[s]
ok. 0,3τ
ok. 0,6τ
[V]
[V]
ur
R
[A]
i=
ucm
im
[V]
[A]
1τ
…
5τ
Powtórzyć pomiary dla rozładowania kondensatora przy zmianie położenia styków z P1 na P2.
3.
Obwód RLC
Uzgodnić z prowadzącym ćwiczenie wartości elementów R, L i C oraz napięcie zasilania UG.
Dokonać pomiaru parametrów elementów R, L, C.
Obliczyć wartość rezystancji krytycznej Rk w układzie RLC.
Połączyć układ zgodnie ze schematem przestawionym na rysunku 2.
Rys. 2. Schemat układu pomiarowego podłączonego do szeregowego obwodu RLC;
R – opornik dekadowy
Za pomocą rezystora dekadowego ustawić wartość R < Rk .
Zarejestrować na ekranie oscyloskopu przebiegi napięć u1 oraz u2 przy zmianie położenia
styków z P2 na P1. Przebiegi zapisać w pamięci lub sfotografować.
Rejestrację powtórzyć dla przypadku R = Rk oraz R > Rk .
4.
Sprawozdanie
Wykreślić przebiegi: ur (t ) , uc (t ) , i (t ) , im (t ) , ucm (t ) przy ładowaniu i rozładowaniu
kondensatora w obwodzie RC; indeks m – oznacza przebiegi wyliczone dla odpowiedniego
modelu analitycznego. Dla ładowania wykreślić dodatkowo zmiany energii zgromadzonej
w kondensatorze oraz mocy wydzielonej w rezystorze. Z wykresu wyznaczyć wartość stałej
czasowej i porównać ją z wartością wyznaczoną analitycznie.
Skopiować do sprawozdania zarejestrowane w czasie badania obwodu RLC przebiegi ur (t ) ,
uc (t ) , u L (t ) . Jeśli przebiegi nie zostały zarejestrowane, zamieścić ich szkice sporządzone w
czasie ćwiczenia. Na wykresie zamieścić dodatkowo przebiegi zmian wartości obliczonych:
i (t ) , im (t ) , ucm (t ) , u Lm (t ) , jak również energii wl (t ) i wc (t ) zgromadzonej odpowiednio w
cewce i kondensatorze, dla wszystkich zarejestrowanych pomiarów.
Sformułować wnioski z pomiarów.
5.
Wymagania
Rezystor, kondensator, cewka – budowa, właściwości, podstawowe parametry.
Energia gromadzona w indukcyjności i pojemności.
Stany nieustalone w obwodach RL, RC i RLC (przebiegi prądów i napięć).
Stała czasowa obwodów RL i RC.
Schemat zastępczy cewki indukcyjnej i kondensatora dla małych i wysokich częstotliwości
(m.cz i w.cz).
6.
Literatura
Gierczak E., Ciosk K., Włodarczyk M.: Laboratorium elektrotechniki. Wydaw. Politechniki
Świętokrzyskiej, Kielce 2002.
Pasko M., Stec K., Topór-Kamiński L.: Ćwiczenia laboratoryjne z elektrotechniki teoretycznej.
Cz. 1. Wydaw. Politechniki Śląskiej, Gliwice 2001.
Laboratorium elektrotechniki teoretycznej. Red. Jerzy Kozłowski, Wydaw. Politechniki
Poznańskiej, Poznań 1998.
Syrzycki A.: Laboratorium elektrotechniki. Ofic. Wydaw. PW, Warszawa 2003.
Bolkowski S.: Teoria obwodów elektrycznych. WMT, Warszawa 2003.
Bek. J. i inni: Laboratorium z podstaw elektrotechniki. Wydaw. Politechniki Łódzkiej, Łódź
2002.