מהלך ניסוי מעגלי תהודה: הבדלים בין גרסאות

מתוך מעבדת מבוא בחשמל
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
(יצירת מהלך הניסוי)
 
(השלמת מהלך הניסוי)
שורה 7: שורה 7:
  
 
= ציוד לניסוי =
 
= ציוד לניסוי =
* שתי דקדות נגדים
+
<gallery>
 +
DecadeResistance.png|link=[[רכיבים#דקדות]]|[[רכיבים#דקדות|שתי דקדות נגדים]]
 +
IsolationTransformer.png|link=[[רכיבים#שנאי בידוד]]|[[רכיבים#שנאי בידוד|שנאי בידוד]]
 +
Bananas.PNG|link=[[רכיבים#כבלים]]|6 כבלי [[רכיבים#כבלים|בננות]]
 +
BNC-Bananas.PNG|link=[[רכיבים#כבלים]]|3 כבלי [[רכיבים#כבלים|בננה-BNC]]
 +
</gallery>
 +
 
 +
<u>בנוסף:</u>
 
* שתי דקדות קבלים 0.01&mu;F-100&mu;F
 
* שתי דקדות קבלים 0.01&mu;F-100&mu;F
 
* שתי דקדות השראויות 14 DANBRIDGE TYPE D
 
* שתי דקדות השראויות 14 DANBRIDGE TYPE D
* שנאי בידוד
+
 
* 6 חוטי בננה-בננה
+
= מהלך הניסוי =
* 3 חוטי בננה-BNC
+
<u>הערה</u>: מדידות ע"י [[רב-מודד ספרתי|DMM]] עלולות לשנות את תדר-התהודה של המעגל.
 +
 
 +
== מעגל תהודה טורי ==
 +
[[File:RLCSeriesXY.svg|thumb|left|upright=1.5|<figure id="fig:rlcxy"><caption>מעגל תהודה טורי</caption> עם מיקום החיבור ל[[משקף תנודות]]</figure>]]
 +
הרכיבו את המעגל המתואר ב<xr id="fig:rlcxy"/> כאשר נתון:
 +
* C=0.01&mu;F.
 +
* L=1.0H.
 +
* R=100&Omega;.
 +
# כוונו את מתח ה[[מחולל אותות|מחולל]] לגל-סינוסי באמפליטודה של 5V<sub>P-P</sub> כשה[[מחולל אותות|מחולל]] לא מועמס. יש להגדיר את התנגדות-העומס של המחולל ל-High Impedance. יש לשמור על אמפליטודה קבועה במשך כל הניסוי (לפני כל מדידה בידקו כי מתח ה[[מחולל אותות]] נשאר קבוע).
 +
# חברו את מתח-המקור לציר ה-X של ה[[משקף תנודות]] ומתח הנגד לציר Y. קיבעו את הגבר ה[[משקף תנודות|סקופ]] לקבלת תמונה ברורה.
 +
# שנו את תדירות ה[[מחולל אותות|מחולל]] עד לקבלת תהודה במעגל (השתמשו בשיטה של [[wikipedia:Lissajous curve|עקומת ליסאז'ו]]). על מסך ה[[משקף תנודות]] יתקבל קו-ישר במקום אליפסה ומפל המתח על פני R צריך להיות מירבי. הסבירו האם המתח על פני R בתהודה הוא זה הצפוי מהתיאוריה?
 +
# שנו את תדירות ה[[מחולל אותות|מחולל]] סביב תדר-התהודה. בתדר התהודה וב-5 תדירויות מכל צד שלה נא למדוד את הגדלים הבאים:
 +
#* תדירות (ע"י מונה התדר ב[[מחולל אותות]]).
 +
#* מתח יציאה של ה[[מחולל אותות|מחולל]] (יש לשמור על מתח-קבוע).
 +
#* מפל-המתח על פני נגד ה-100&Omega; (ע"י [[משקף תנודות|סקופ דיגיטלי]] ("Quick Meas") או [[רב-מודד ספרתי|DVM]]), לשים לב ליחידות.
 +
#* זווית המופע בין מתח הנגד למתח המקור בעזרת [[wikipedia:Lissajous curve|עקומת ליסאז'ו]] או ע"י [[משקף תנודות|סקופ דיגיטלי]] ("Quick Meas").
 +
#* מפל המתח על הקבל ומפל המתח על הסליל (ע"י [[רב-מודד ספרתי|DVM]]).
 +
#* <u>הערות לגבי תחום תדרים:</u>
 +
#*# עבור [[משקף תנודות|סקופ דיגיטלי]] (בעזרת "Quick Meas") – יש לשמור על הפרש פאזה של 15 מעלות בין כל מדידה.
 +
#*# עבור סקופ אנלוגי – תחילה יש למצוא את תדר התהודה f<sub>0</sub>. אחר כך יש למצוא את התדר בו הפרש הפאזה במעגל הנו בערך 90 מעלות f<sub>1</sub>. כעת יש לחלק את תחום התדרים בצורה שווה, כך שהמדידה הראשונה תיהיה ב-f<sub>0</sub> והמדידה האחרונה ב-f<sub>1</sub>.
 +
# חיזרו על הסעיף הקודם עבור R=2k&Omega;.
 +
 
 +
== מעגל תהודה מקבילי ==
 +
[[File:RLC2Scope.png|thumb|left|upright=2|<figure id="fig:rlc2scope"><caption>מערך מדידה של מעגל RLC מקבילי</caption></figure>]]
 +
הרכיבו את המעגל המתואר ב<xr id="fig:rlc2scope"/>, כאשר:
 +
* R<sub>2</sub>=100&Omega;.
 +
* L=0.1H.
 +
* C=0.05&mu;F.
 +
* R<sub>1</sub>=5K&Omega;.
 +
# כוונו את מתח ה[[מחולל אותות|מחולל]] לגל-סינוסי באמפליטודה של כ-5V<sub>P-P</sub>. חברו את הנקודות X ו-Y לערוצי ה[[משקף תנודות|סקופ]], וודאו כי הגל ללא עיוותים.
 +
# נא ללחוץ invert על אחת הכניסות ל[[משקף תנודות]]. מדוע יש לבצע פעולה זו?
 +
# תגובה בעת תהודה:
 +
#* שנו את תדירות ה[[מחולל אותות|מחולל]] עד לקבלת תהודה. כיצד תזהו אותה?
 +
#* הציעו שיטה למדידת אימפדנס הכניסה למעגל התהודה באמצעות תמונת [[wikipedia:Lissajous curve|ליסאז'ו]] ו-R<sub>1</sub>. האם תדר התהודה זהה לתדר המחושב בשאלת הכנה [[מעגלי תהודה#מעגל RLC מקבילי|מעגל RLC מקבילי]]? הסבירו.
 +
#* מה תפקידו של R<sub>1</sub> במעגל (שימו לב לערכו), מה תפקידו של [[רכיבים#שנאי בידוד|שנאי הבידוד]]?
 +
# שנו את תדירות ה[[מחולל אותות]] סביב תדירות התהודה, ובתחום זה בצעו  כ-10 מדידות, כאשר בכל נקודת מדידה עליכם למדוד את הגדלים הבאים:
 +
#* תדירות.
 +
#* מתח בנקודות X ו-Y.
 +
#* זווית-המופע (בעזרת צורות [[wikipedia:Lissajous curve|ליסאז'ו]]) בין המתחים בנקודות X ו-Y.
 +
#* <u>הערה</u>: תחום המדידות יקבע באותה שיטה שצוינה בניסוי הקודם.
 +
 
 +
== מעגל תהודה מורכב ==
 +
[[File:ResonanceParallel.svg|thumb|left|upright=1.5|<figure id="fig:respar"><caption>מעגל תהודה עם סליל וקבל במקביל</caption></figure>]]
 +
[[File:ResonanceSeries.svg|thumb|left|upright=1.5|<figure id="fig:resser"><caption>מעגל תהודה עם סליל וקבל בטור</caption></figure>]]
 +
[[File:Circuit2Scope.png|thumb|left|upright=2|<figure id="fig:cir2scope"><caption>חיבור של מעגל כלשהו אל המשקף-תנודות</caption></figure>]]
 +
חברו את המעגל המתואר ב<xr id="fig:cir2scope"/> כאשר ערכי הרכיבים הם הערכים המצוינים בשאלת הכנה [[מעגלי תהודה#תדרי תהודה|תדרי תהודה]].
 +
# כוונו את מתח היציאה של ה[[מחולל אותות|מחולל]] למתח סינוסי בתחום <span dir="ltr">3-5&nbsp;V<sub>P-P</sub></span> כאשר הגל הסינוסי ללא עיוותים.
 +
# שנו את תדירות ה[[מחולל אותות]] בתחום שבין 150Hz ועד 1000Hz, מיצאו את תדרי-התהודה. האם אלו הם התדרים שחושבו בשאלת הכנה [[מעגלי תהודה#תדרי תהודה|תדרי תהודה]]?
 +
#* ביחרו את נקודות המדידה לפי הצורך (שימו דגש על מדידות סביב התהודה) ומידדו את הגדלים הבאים:
 +
#*# תדירות.
 +
#*# מתח היציאה של ה[[מחולל אותות]] (לשמור קבוע).
 +
#*# מפל מתח על פני הנגד R (בעזרת [[רב-מודד ספרתי|רמ"ס]]).
 +
#*# זווית המופע בין המתחים בנקודות X ו-Y.
 +
#* הראו את מערך המדידה והתוצאות למדריך לפני פירוק המערך!
 +
{{gap}}
 +
 
 +
= הערות ומסקנות - דו"ח מסכם =
 +
עירכו בצורה מסודרת את תוצאות המדידות שקיבלתם.
 +
# חשבו ושרטטו על סמך תוצאות מדידותיכם בסעיף [[#מעגל תהודה טורי|מעגל תהודה טורי]] עם נגד של 100&Omega;:
 +
#* את האימפדנס Z כפונקציה של התדירות f.<br/><u>הערה</u>: Z=E/I כאשר I מחושב ע"י מפל המתח על פני הנגד של 100&Omega;.
 +
#* את זווית-המופע &phi; כפונקציה של התדירות.
 +
#* שרטטו את V<sub>R</sub>/E, V<sub>L</sub>/E, V<sub>C</sub>/E כפונקציה של התדירות, שימו לב ליחידות. ציינו באיזה מקום נמצאות נקודות השיא של כל גרף.
 +
#* חשבו את רוחב הפס מהגרף של V<sub>R</sub>/E.
 +
#* על פי הגרפים (רוחב פס ותדר-תהודה) חשבו את Q בשלושה אופנים: לפי V<sub>C</sub>, V<sub>L</sub>, Z.
 +
# על סמך תוצאות המדידות בסעיף [[#מעגל תהודה טורי|מעגל תהודה טורי]] עם נגד של 2k&Omega;:
 +
#* שרטטו גרף של אימפדנס המעגל בתלות בתדר על אותו הגרף של הסעיף הקודם.
 +
#* שרטטו V<sub>R</sub>/E, V<sub>L</sub>/E, V<sub>C</sub>/E בתלות בתדר.
 +
#* חשבו את Q מהגרף בתת-סעיף הקודם.
 +
#* מהי ההשפעה של שינוי R על התוצאות בסעיף זה ביחס לאלו של הסעיף הקודם?
 +
# על סמך תוצאות המדידות בסעיף [[#מעגל תהודה מקבילי|מעגל תהודה מקבילי]]:
 +
#* שרטטו את Z כפונקציה של התדירות.<br/><u>הערה</u>: Z=E/I כאשר I מוגדר ע"י מפל המתח על פני הנגד R<sub>1</sub>.
 +
#* שרטטו את &Phi; כפונקציה של התדירות.
 +
#* חשבו ע"פ הגרף את Q.
 +
# על סמך המדידות בסעיף [[#מעגל תהודה מורכב|מעגל תהודה מורכב]]:
 +
#* חשבו ושרטטו את Z כפונקציה של התדר.
 +
#* שרטטו את &Phi; כפונקציה של התדר.<br/><u>הערה</u>: Z=E/I כאשר I מחושב ע"י מפל המתח על הנגד R=1k&Omega;.

גרסה מתאריך 17:11, 27 ביולי 2017

1 מטרת הניסוי

  • הכרת תכונותיו של מעגל תהודה:
    1. טורי
    2. מקבילי
    3. מורכב (מעגלים מעורבים אלו מעגלים שהם לא טוריים לחלוטין ולא מקביליים לחלוטין)
  • מדידת זרם מופע ומפלי מתח על פני רכיבים שונים במעגלי תהודה כפונקציה של התדירות.

2 ציוד לניסוי

בנוסף:

  • שתי דקדות קבלים 0.01μF-100μF
  • שתי דקדות השראויות 14 DANBRIDGE TYPE D

3 מהלך הניסוי

הערה: מדידות ע"י DMM עלולות לשנות את תדר-התהודה של המעגל.

3.1 מעגל תהודה טורי

איור 1: מעגל תהודה טורי עם מיקום החיבור למשקף תנודות

הרכיבו את המעגל המתואר באיור 1 כאשר נתון:

  • C=0.01μF.
  • L=1.0H.
  • R=100Ω.
  1. כוונו את מתח המחולל לגל-סינוסי באמפליטודה של 5VP-P כשהמחולל לא מועמס. יש להגדיר את התנגדות-העומס של המחולל ל-High Impedance. יש לשמור על אמפליטודה קבועה במשך כל הניסוי (לפני כל מדידה בידקו כי מתח המחולל אותות נשאר קבוע).
  2. חברו את מתח-המקור לציר ה-X של המשקף תנודות ומתח הנגד לציר Y. קיבעו את הגבר הסקופ לקבלת תמונה ברורה.
  3. שנו את תדירות המחולל עד לקבלת תהודה במעגל (השתמשו בשיטה של עקומת ליסאז'ו). על מסך המשקף תנודות יתקבל קו-ישר במקום אליפסה ומפל המתח על פני R צריך להיות מירבי. הסבירו האם המתח על פני R בתהודה הוא זה הצפוי מהתיאוריה?
  4. שנו את תדירות המחולל סביב תדר-התהודה. בתדר התהודה וב-5 תדירויות מכל צד שלה נא למדוד את הגדלים הבאים:
    • תדירות (ע"י מונה התדר במחולל אותות).
    • מתח יציאה של המחולל (יש לשמור על מתח-קבוע).
    • מפל-המתח על פני נגד ה-100Ω (ע"י סקופ דיגיטלי ("Quick Meas") או DVM), לשים לב ליחידות.
    • זווית המופע בין מתח הנגד למתח המקור בעזרת עקומת ליסאז'ו או ע"י סקופ דיגיטלי ("Quick Meas").
    • מפל המתח על הקבל ומפל המתח על הסליל (ע"י DVM).
    • הערות לגבי תחום תדרים:
      1. עבור סקופ דיגיטלי (בעזרת "Quick Meas") – יש לשמור על הפרש פאזה של 15 מעלות בין כל מדידה.
      2. עבור סקופ אנלוגי – תחילה יש למצוא את תדר התהודה f0. אחר כך יש למצוא את התדר בו הפרש הפאזה במעגל הנו בערך 90 מעלות f1. כעת יש לחלק את תחום התדרים בצורה שווה, כך שהמדידה הראשונה תיהיה ב-f0 והמדידה האחרונה ב-f1.
  5. חיזרו על הסעיף הקודם עבור R=2kΩ.

3.2 מעגל תהודה מקבילי

איור 2: מערך מדידה של מעגל RLC מקבילי

הרכיבו את המעגל המתואר באיור 2, כאשר:

  • R2=100Ω.
  • L=0.1H.
  • C=0.05μF.
  • R1=5KΩ.
  1. כוונו את מתח המחולל לגל-סינוסי באמפליטודה של כ-5VP-P. חברו את הנקודות X ו-Y לערוצי הסקופ, וודאו כי הגל ללא עיוותים.
  2. נא ללחוץ invert על אחת הכניסות למשקף תנודות. מדוע יש לבצע פעולה זו?
  3. תגובה בעת תהודה:
    • שנו את תדירות המחולל עד לקבלת תהודה. כיצד תזהו אותה?
    • הציעו שיטה למדידת אימפדנס הכניסה למעגל התהודה באמצעות תמונת ליסאז'ו ו-R1. האם תדר התהודה זהה לתדר המחושב בשאלת הכנה מעגל RLC מקבילי? הסבירו.
    • מה תפקידו של R1 במעגל (שימו לב לערכו), מה תפקידו של שנאי הבידוד?
  4. שנו את תדירות המחולל אותות סביב תדירות התהודה, ובתחום זה בצעו כ-10 מדידות, כאשר בכל נקודת מדידה עליכם למדוד את הגדלים הבאים:
    • תדירות.
    • מתח בנקודות X ו-Y.
    • זווית-המופע (בעזרת צורות ליסאז'ו) בין המתחים בנקודות X ו-Y.
    • הערה: תחום המדידות יקבע באותה שיטה שצוינה בניסוי הקודם.

3.3 מעגל תהודה מורכב

איור 3: מעגל תהודה עם סליל וקבל במקביל
איור 4: מעגל תהודה עם סליל וקבל בטור
איור 5: חיבור של מעגל כלשהו אל המשקף-תנודות

חברו את המעגל המתואר באיור 5 כאשר ערכי הרכיבים הם הערכים המצוינים בשאלת הכנה תדרי תהודה.

  1. כוונו את מתח היציאה של המחולל למתח סינוסי בתחום 3-5 VP-P כאשר הגל הסינוסי ללא עיוותים.
  2. שנו את תדירות המחולל אותות בתחום שבין 150Hz ועד 1000Hz, מיצאו את תדרי-התהודה. האם אלו הם התדרים שחושבו בשאלת הכנה תדרי תהודה?
    • ביחרו את נקודות המדידה לפי הצורך (שימו דגש על מדידות סביב התהודה) ומידדו את הגדלים הבאים:
      1. תדירות.
      2. מתח היציאה של המחולל אותות (לשמור קבוע).
      3. מפל מתח על פני הנגד R (בעזרת רמ"ס).
      4. זווית המופע בין המתחים בנקודות X ו-Y.
    • הראו את מערך המדידה והתוצאות למדריך לפני פירוק המערך!


4 הערות ומסקנות - דו"ח מסכם

עירכו בצורה מסודרת את תוצאות המדידות שקיבלתם.

  1. חשבו ושרטטו על סמך תוצאות מדידותיכם בסעיף מעגל תהודה טורי עם נגד של 100Ω:
    • את האימפדנס Z כפונקציה של התדירות f.
      הערה: Z=E/I כאשר I מחושב ע"י מפל המתח על פני הנגד של 100Ω.
    • את זווית-המופע φ כפונקציה של התדירות.
    • שרטטו את VR/E, VL/E, VC/E כפונקציה של התדירות, שימו לב ליחידות. ציינו באיזה מקום נמצאות נקודות השיא של כל גרף.
    • חשבו את רוחב הפס מהגרף של VR/E.
    • על פי הגרפים (רוחב פס ותדר-תהודה) חשבו את Q בשלושה אופנים: לפי VC, VL, Z.
  2. על סמך תוצאות המדידות בסעיף מעגל תהודה טורי עם נגד של 2kΩ:
    • שרטטו גרף של אימפדנס המעגל בתלות בתדר על אותו הגרף של הסעיף הקודם.
    • שרטטו VR/E, VL/E, VC/E בתלות בתדר.
    • חשבו את Q מהגרף בתת-סעיף הקודם.
    • מהי ההשפעה של שינוי R על התוצאות בסעיף זה ביחס לאלו של הסעיף הקודם?
  3. על סמך תוצאות המדידות בסעיף מעגל תהודה מקבילי:
    • שרטטו את Z כפונקציה של התדירות.
      הערה: Z=E/I כאשר I מוגדר ע"י מפל המתח על פני הנגד R1.
    • שרטטו את Φ כפונקציה של התדירות.
    • חשבו ע"פ הגרף את Q.
  4. על סמך המדידות בסעיף מעגל תהודה מורכב:
    • חשבו ושרטטו את Z כפונקציה של התדר.
    • שרטטו את Φ כפונקציה של התדר.
      הערה: Z=E/I כאשר I מחושב ע"י מפל המתח על הנגד R=1kΩ.