Úvod Elektrotechnická měření ESP Konstrukce Teorie Kontakt

6 - Integrační a derivační RC články

ZADÁNÍ ÚLOHY:

  1. Změřte závislost přenosu a fáze daných RC článků v závislosti na frekvenci v rozsahu 10 Hz (20 Hz) až 1 MHz v násobcích 1, 2, 5 pomocí nf Generátoru BM534, přenos měřte pomocí dvou milivoltmetrů BM512, fázový posuv osciloskopem BM556 metodou Lissajousových obrazců. Z naměřených hodnot sestrojte logaritmickou amplitudovou fázovou frekvenční charakteristiku (LAFFCh), z grafu určete kritickou frekvenci fk.
  2. RLCG mostem BM559 změřte skutečné hodnoty součástek daných článků při kmitočtu 1 kHz, vypočtěte teoretické hodnoty přenosu a fáze, vypočtete kritickou frekvenci a vyneste je do LAFFCh.
  3. Na osciloskopu pozorujte chování při podkritických (f < fk), kritických (f = fk) a nadkritických (f > fk) frekvencích pro sínusový, pravoúhlý (obdelníkový) a trojúhelníkový vstupní signál z nf generátoru NG1.81. Ze zjištěných průběhů určete, pro jaké frekvence články dobře integrují a derivují z hlediska tvaru, přenosu a fáze.
  4. Vyhodnoťte zjištěné údaje, porovnejte teoretické a naměřené hodnoty, vysvětlete případné rozdíly mezi nimi, měření zhodnoťte. 

POUŽITÉ PŘÍSTROJE:

  1. nf generátor BM534 (BM 344)
  2. nf generátor NG1.81
  3. osciloskop BM556
  4. RLCG most BM559
  5. čítač BM641
  6. dva milivoltmetry BM512
  7. derivační a integrační RC článek

POSTUP MĚŘENÍ:

  1. Na sínusovém generátoru BM534 nastavte požadovanou frekvenci (přesně nastavte pomocí čítače BM641), podle vstupního milivoltmetru nastavte napětí na hodnotu U1 = 1 Vef, na druhém milivoltmetru přečtěte hodnotu výstupního napětí U2.
  2. Fázový posuv určete Lissajousovou metodou. Osciloskop přepněte do režimu X-Y, kanál B (vstup X) připojte na vstup měřeného článku, kanál A na jeho výstup. Bez měřících signálů nastavte stopu paprsku (bod) doprostřed rastru obrazovky, kanály přepněte do režimu = napětí, přiveďte měřící signály, volbou vhodných citlivostí kanálů se zobrazí úsečka, elipsa, nebo kružnice podle velikosti fázového posunu (citlivost nastavujete od nejvyšších hodnot, abyste nepřetížili vstupní zesilovače osciloskopu!), nastavte co největší rozměr obrazců pro přesnější odečítaní.
  3. Pomocí posuvu X a Y dostavte obraz doprostřed (není většinou nutné). Z rastru odečtěte po dvou hodnotách výchylek pro každou osu, v místech, kde obraz protne osy odečtete hodnoty X a Y, hodnoty XM a YM určete jako největší výchylky křivky od os (viz obr. 2) Úhel vypočtete: \(\varphi=\arcsin \frac{X}{X_M}=\arcsin \frac{Y}{Y_M} (\mathrm{°} )\),
    ze dvou hodnot pak určete střední hodnotu úhlu.
  4. Postup 1. - 3. opakujte pro další frekvence a druhý článek.
  5. Pomocí RLCG mostu změřte hodnoty jednotlivých součástek RC článku při f = 1 kHz v náhradním schématu. Před měřením na RLCG metru BM559 proveďte vynulování obou složek impedancí při odpojené měřené impedanci pro příslušné náhradní spojení potenciometry "nula A" a "nula B" (pro paralelní spojení nulujte kapacitu C a vodivost G, pro seriové spojení nulujte indukčnost L a odpor R), pak připojte měřenou impedanci, zvolte vhodný rozsah, tak, aby zobrazené hodnoty obou složek nebyly příliš malé (0,01 apod.), nebo velké (Error), vyčkejte ustálení obou údajů a pak hodnoty zapište (horní difplaj ukazuje hodnotu L (nebo C), dolní displaj hodnotu R (nebo G), případně ztrátový činitel tgδ (nebo činitel jakosti Q)). Ze zjištěných údajů pomocí známých vztahů z elektroniky vypočtěte teoretické hodnoty přenosu, fáze a kritické frekvence a vyneste tyto hodnoty do LAFFCh.
  6. K článku připojte generátor NG1.81, osciloskop přepněte do režimu současného zobrazení kanálu A a B, nastavte podkritickou frekvenci f < 0,1 . fk (např. 50 Hz), zvotlte napětí generátoru a podle osciloskopu kanálu A nastavte velikost vstupního napětí na U1 = 5 VM. 
  7. Kanál B připojený na výstup článku zobrazuje integrovaný nebo derivovaný průběh podle typu článku.
  8. Postup 6. - 7. opakujte pro kritickou frekvenci fk a nadkritickou f > 10 . fk (např. 50 kHz), další tvary napětí a druhý typ článku. Kritickou frekvenci určete z LAFFCh nebo výpočtem podle skutečných hodnot součástek podle vztahů z elektroniky.
  9. Sestrojte LAFFCh jako přílohy protokolu, na svislou osu vyneste přenos A [dB] a fázový posuv φ [°], na vodorovnou osu vyneste frekvenci f [Hz] v logaritmické stupnici. Z grafu určete kritickou frekvenci fk pro pokles přenosu -3 dB a fázový posuv 45° (viz obr. 3).
  10. Článek dobře integruje, vytvoří-li z pravoúhlého signálu trojúhelníkový průběh; článek dobře derivuje, vzniknou-li jednotlivé Diracovy impulzy.

 TABULKA NAMĚŘENÝCH A VYPOČÍTANÝCH HODNOT:

 Integrační článek

f (Hz) 20 50 100 1k 1M
U2 (V) 1 1 1 0,83 0,002
XN (mm) 3 0 2 23 20
XNM (mm) 43 42 42 43 35
YN (mm) 2 0 1 9 7
YNM (mm) 21 20 20 18 10
AN (dB) 0 0 0 -1,58 -54,0
φXN (°) -4 0 -2,7 -32,3 -34,9
φYN (°) -5,5 0 -2,7 -30 -44.4
φN (°) -4,7 0 -2,7 -31,2 -39,6
AV (dB) -0,001 -0,004 -0,016 -1,389 -55,76
φV (°) -0,7 -1,76 -3,5 -31,5 -89,9

R = 9,85 kΩ   CR = 30pF

C = 9,92 nF    G = 0,6 μS    tgδ = 0,0111

 Derivační článek

f (Hz) 20 50 100 1k 1M
U2 (V) 0,005 0,013 0,025 0,236 0,977
XN (mm) 42 42 42 41 31
XNM (mm) 42 42 42 42 42
YN (mm) 28 27 27 25 19
YNM (mm) 28 27 27 26 22
AN (dB) -46 -38,1 -32,2 -12,5 -0,2
φXN (°) 90 90 90 77,5 47,6
φYN (°) 90 90 90 74,1 59,7
φN (°) 90 90 9 75,8 53,6
AV (dB) -46,33 -38,37 -32,35 -12,60 -7,5E-5
φV (°) 89,72 89,31 88,62 75,44 0,24

R = 8,1 kΩ     CR = 0,015 nF

C = 4,74 nF    G = 0,05 μS     tgδ = 0,001  

Závěr:

Některé naměřené hodnoty se velmi liší od vypočtených. Je to zpusobeno tím, že ve výpočtu nejsou zahrnuty parazitní veličiny součástek a měřících přístojů. Ale kritická frekvence vyšla shodně. 

Derivační článek dobře derivuje při nižších kmitočtech. Integrační člen dobře integruje při kmitočtech vyšších. 

 
"Ukazka měření":

 

Přidal Vojtěch Šotola. Naposledy upravil Vojtěch Šotola dne 2020-10-29 10:04:57.