מהלך ניסוי מעגלי יישור וסינון

מתוך מעבדת מבוא בחשמל
קפיצה אל: ניווט, חיפוש

1 מטרת הניסוי

  • הכרת תכונותיהם של מעגלי יישור חד-מופעיים ומעגלי יישור תלת-מופעיים
  • הכרת פעולתם של מעגלי סינון שונים
  • מדידת פרמטרים של מעגלי יישור

2 ציוד לניסוי

2.1 מכשירים בעמדה

2.2 ציוד מהמחסן

איור 1: מדגם מס' 114 למעגלי יישור וסינון


3 מהלך הניסוי

3.1 הכרת המדגם

איור 2: מדגם חד-מופעי חד ודו-דרכי
איור 3: מדגם תלת-מופעי חד ודו-דרכי

בסעיף זה נכיר את שני המדגמים:

  1. לכוון את הדקאדה לערך של 500Ω
  2. לחבר את הדקאדה (העומס) למדגם 89 בנקודות המתאימות של הנגד החיצוני אשר מצויין בצבע אדום באיור 2.
  3. להשוות את מיקום הנגד-החיצוני במדגם 89 לנגד-החיצוני במדגם 114 כפי שרואים באיור 3.
  4. לחבר את הרמ"ס (רצוי של תבור) בשתי הנקודות המתאימות אשר מצויינות בצבע אדום עם סימון של mA באיור 2.
  5. להשוות את מיקום הרמ"ס החיצוני במדגם 89 למיקום הרמ"ס החיצוני במדגם 114.
  6. זהו מעגל יישור אשר הופך מתח AC ל-DC, כלומר צריך לצאת מתח DC במוצא שלו, לכן יש לכוון את הרמ"ס לערך DC.
  7. חברו את ערוץ אחד של הסקופ להדקי שנאי היחוס (הכניסה של הערכה).
  8. חברו את ערוץ שניים של המשקף תנודות למדידת מתח העומס (הדקאדה).
  9. יש לזכור! האדמות של הסקופ מקוצרות בסקופ עצמו לכן חובה לחבר את האדמות באותו המיקום בערכה אחרת הן ייצרו קצר אשר יידלג על הרכיבים ביניהן.
  10. הערה: לא מחברים את המדגם למחולל אותות - לא משתמשים במחולל אותות במהלך ניסוי זה.
  11. חברו את המדגם אל החשמל לשקע סטנדרטי של 220V.
  12. למדגם 89 אין כפתור הדלקה, בזמן שלמדגם 114 התלת-מופעי יש.
  13. התבוננו במתח היציאה עבור כל סוגי היישור עם ובלי סינון, ניתן להיעזר בטבלה מטה.
בורר האם זיהיתי אותו במדגם 89 החד-מופעי? האם זיהיתי אותו במדגם 114 התלת-מופעי?
(לסמן ✓ - וי)
חד/דו דרכי

בורר שמאלי או SW3

בורר S2 או SW2

נגד/קצר/*משרן

בורר S3 או SW4

קבל כניסה/מוצא

בורר נגד 1.8kΩ

לכוון למצב OFF**

כפתור הדלקה

הערות:

  • סליל גורם לזרם לפגר אחרי המתח, ולכן רואים את המתח על הנגד (שבאותו מופע כמו הזרם) מפגר אחרי מתח הכניסה.
  • הנגד 1.8kΩ מיועד אך ורק כדי לבדוק את מדגם 89 ללא דקאדה וללא מד-זרם.
  • נא לשים לב שכאשר משתמשים בסליל ולאחריו קבל במקביל לנגד (בעומס) מקבלים את המעגל RLC עמו התנסינו בניסוי 5 (רק עם ערכים קצת שונים).
חד/דו-דרכי

(מתג שמאלי)

קבל (S3)

(בורר תלת-מצבי תחתון)

נגד

(S2 למעלה)

קצר

(S2 באמצע)

משרן

(S2 למטה)

חד-דרכי (OFF) ללא (1)
OnePhaseNoCap1withR120.png
OnePhaseNoCap1.png
OnePhaseNoCap1withL5H100Ohm.png
במוצא (2)
OnePhaseCapOut2.png
OnePhaseCapOut2withL5H100Ohm.png
בכניסה (3)
OnePhaseCapIn3.png
OnePhaseCapIn3withL5H100Ohm.png
דו-דרכי (ON) ללא (1)
TwoPhaseNoCap1withR120.png
TwoPhaseNoCap1.png
TwoPhaseNoCap1withL5H100Ohm.png
במוצא (2)
TwoPhaseCapOut2.png
TwoPhaseCapOut2withL5H100OhmMaxVolt.png
בכניסה (3)
TwoPhaseCapIn3.png
TwoPhaseCapIn3withL5H100Ohm.png

3.2 מישר חד-דרכי חד-מופעי ללא סינון

איור 4: מיישר חד-דרכי חד-מופעי
  1. כוונו את המתגים לקבלת מישר חד-דרכי חד-מופעי ללא סינון. קבעו את נגד העומס המשתנה כך שהזרם-הישר (שזוהי מטרת הניסוי - ליישר את הזרם) בעומס יהיה 25mA.
  2. לכוון במשקף תנודות את המדידות הבאות:
    • תדר אות-המקור.
    • מתח DCRMS של אות-המקור.
    • מתח DC (ממוצע - Avg) של אות-המוצא.
    • מתח ACRMS של אות-המוצא.
  3. הפעילו את המתמטיקה ע"י לחיצה על כפתור Math והגדירו את ערוץ המתמטיקה לפעולת חיסור כך שמתח הדיודה שווה למתח-הכניסה פחות מתח-המוצא.
  4. לשמור את התמונה אשר מראה:
    • מתח-הרשת כפי שהתקבל בהדקי שנאי-היחוס.
    • צורת המתח בעומס.
    • צורת מתח הדיודה.
  5. נא למדוד את העומס באמצעות הרמ"ס:
    • מתח-ישר - DCV
    • זרם-ישר - DCA
    • מתח-יעיל - ACV
    • זרם-אפקטיבי - ACA
  6. נא לחשב:
    • מקדם צורת-הגל.
    • מקדם-הגליות.

טבלה 1: מדידת מאפייני מעגל-יישור

מדד ערך [יחידות]
חד-מופעי חד-דרכי חד-מופעי דו-דרכי תלת-מופעי חד-דרכי תלת-מופעי דו-דרכי
מס' איור מהסקופ
איור לדוגמא איור 4 סעיף דו-דרכי חד-מופעי סעיף חד-דרכי תלת-מופעי סעיף מיישר גשר תלת-מופעי
ערך הדקאדה RL
צבע מתח-הכניסה באיור

(צהוב/ירוק/וורוד)

צבע מתח-העומס באיור

(צהוב/ירוק/וורוד)

צבע מתח-הדיודה באיור

(צהוב/ירוק/וורוד)

סוג רמ"ס

(תבור או אג'ילנט)

מתח-ישר ברמ"ס - VDC
זרם-ישר ברמ"ס - IDC

(ערך רצוי של 25mA)

מתח-יעיל ברמ"ס - VAC
זרם-יעיל ברמ"ס - IAC
מקדם גליות תיאורטי [math]\sqrt{\frac{\pi^2}{4}-1}=1.21[/math] [math]\sqrt{\frac{\pi^2}{8}-1}=0.483[/math] [math]0.183[/math] [math]0.04197[/math]
מקדם הגליות לפי מתח

[math]R.F.=\frac{V_{AC}}{V_{DC}}[/math]

מקדם הגליות לפי זרם

[math]R.F.=\frac{I_{AC}}{I_{DC}}[/math]

מקדם צורת-גל תיאורטי [math]\frac{\pi}{2}=1.57[/math] [math]\frac{\pi}{2\sqrt2}=1.11[/math] [math]1.017[/math] [math]1.00088[/math]
מקדם צורת-הגל

[math]F.F.=\frac{V_{DCRMS}}{V_{DC}}=\frac{\sqrt{V_{AC}^2+V_{DC}^2}}{V_{DC}}=\sqrt{RF^2+1}[/math]

3.3 מישר דו-דרכי חד-מופעי ללא סינון

איור 5: מישר דו-דרכי חד-מופעי ללא סינון

לכוון את המתגים והבוררים לקבלת המישר הנדרש כאן ולמלא את העמודה המתאימה בטבלה 1.

3.4 מישר חד-דרכי תלת-מופעי ללא סינון

איור 6: מישר חד-דרכי תלת-מופעי ללא סינון

לכוון את המתגים והבוררים לקבלת המישר הנדרש כאן ולמלא את העמודה המתאימה בטבלה 1.

3.5 מישר גשר תלת-מופעי ללא סינון

איור 7: מישר גשר תלת-מופעי ללא סינון

לכוון את המתגים והבוררים לקבלת המישר הנדרש כאן ולמלא את העמודה המתאימה בטבלה 1.

3.6 מסנן קיבולי

איור 8: חיבור ערוצי הסקופ באמצעות נקודה משותפת והיפוך אחד הערוצים
איור 9: מעגל יישור חד-מופעי חד-דרכי עם קבל סינון ללא סליל, ועם דקאדה מכוונת לערך של 288 אוהם
  1. הפעם נחבר את המשקף תנודות בצורה שונה, כפי שרואים באיור 8:
    • חברו את הערוץ הראשון על הדיודה עם כיוון החוג, כלומר הפלוס של הסקופ (הרגל האדומה) על הפלוס של הדיודה (צד שמאל שלה) והמינוס של הסקופ (הרגל השחורה) על המינוס של הדיודה.
    • חברו את הערוץ השני על העומס בצורה הפוכה לכיוון החוג, כלומר המינוס של הסקופ (הרגל השחורה) על הפלוס של העומס ואילו הפלוס של הסקופ (הרגל האדומה) על המינוס של העומס.
    • לעשות Invert לערוץ 2 ע"י לחיצה על מקש הערוץ (הנורה עם הספרה 2) ולחיצה על Invert במסך.
    • וודאו שיש גג אך ורק מעל ערוץ שתיים (הירוק) אשר מחובר הפוך.
    • שתי הרגליים השחורות של הסקופ צריכות להיות עכשיו מחוברות אחת על השנייה, המינוס של הדיודה והפלוס של העומס מקוצרים.
  2. כוונו את המתגים והבוררים לקבלת סינון קיבולי במישר חד-דרכי חד-מופעי, בדומה לאיור 9.
  3. הפעילו מתמטיקה באמצעות לחיצה על הכפתור Math.
  4. הפעם יש להשתמש בפעולת החיבור ולא החיסור כמו קודם.
  5. הוסיפו ארבע מדידות על ערוץ העומס (ערוץ 2) בהתאם לאיור 9:
    • מתח DC-RMS
    • מתח AC-RMS
    • מתח ממוצע Avg
    • ותדר Freq
  6. כוונו את הזרם-הישר (DC) לערך של 25mA
  7. רישמו את ערך נגד העומס בטבלה.
  8. מידדו את הזרמים והמתחים ורישמו בטבלה.
  9. שימרו את התמונה (עומס, דיודה ומתח-מקור).
  10. השוו בדו"ח המסכם עם הגליות ללא הסינון הקיבולי.

טבלה 2: מדידת מאפייני מעגל-יישור עם קבל

מדד ערך [יחידות]
חד-מופעי חד-דרכי חד-מופעי דו-דרכי
  עם סליל   עם סליל
מס' איור מהסקופ
איור לדוגמא איור 9 מסנן מורכב חד-מופעי חד-דרכי מסנן קיבולי חד-מופעי דו-דרכי מסנן מורכב חד-מופעי דו-דרכי
ערך הדקאדה RL
צבע מתח-הכניסה באיור

(צהוב/ירוק/וורוד)

צבע מתח-העומס באיור

(צהוב/ירוק/וורוד)

צבע מתח-הדיודה באיור

(צהוב/ירוק/וורוד)

סוג רמ"ס

(תבור או אג'ילנט)

מתח-ישר ברמ"ס - VDC
זרם-ישר ברמ"ס - IDC

(ערך רצוי של 25mA)

מתח-יעיל ברמ"ס - VAC
זרם-יעיל ברמ"ס - IAC
מקדם הגליות לפי מתח

[math]R.F.=\frac{V_{AC}}{V_{DC}}[/math]

מקדם הגליות לפי זרם

[math]R.F.=\frac{I_{AC}}{I_{DC}}[/math]

זרם רצוי זרם IDC [mA] מתח VDC [V] זרם IDC [mA] מתח VDC [V] זרם IDC [mA] מתח VDC [V] זרם IDC [mA] מתח VDC [V]
0mA (R=∞)

ללא נגד עומס

1mA
2mA
3mA
4mA
5mA
התנגדות הדיודה Rf

(בהתאם לסעיף מדידת עקום הרגולציה)


3.6.1 מדידת עקום הרגולציה

איור 10: הכנסת נתונים לאקסל
איור 11: סימון העמודות והוספת גרף מסוג Scatter with Straight Line and Markers
איור 12: בחירת הגדרות הציר האופקי עם הכפתור הימני של העכבר
איור 13: היפוך כיוון הציר האופקי בעזרת סימון Values in reverse order
איור 14: הוספת קו-מגמה באמצעות לחיצה עם הכפתור הימני של העכבר על הגרף
איור 15: הצגת משוואת המגמה באמצעות בחירת Display Equation on chart
איור 16: הזזת המשוואה למרכז המסך

נא למדוד את עקום הרגולציה (VDC=F(IDC בתחום 0-5mA:

  • קיבעו את זרמי ה-DC בהתאם לטבלה 2 ומידדו:
    1. זרם-ישר (המצוי).
    2. מתח-ישר.
  • השתמשו באקסל כדי לשלוף את התנגדות הדיודה:
    1. הכניסו את הזרם והמתח לגליון נתונים כפי שרואים באיור 10.
    2. סמנו את שתי העמודות, ליחצו על Insert והוסיפו גרף מסוג Scatter with Straight Line and Markers, כפי שרואים באיור 11.
    3. ליחצו על הציר האופקי עם הכפתור הימני של העכבר וביחרו Format Axis, כפי שרואים באיור 12.
    4. הסירו את הסימון בצד ימין של Values in reverse order כדי להפוך את כיוון הציר האופקי, כפי שרואים באיור 13.
    5. ליחצו עם הכפתור הימני של העכבר על הגרף וביחרו Add Trendline כדי להוסיף קו-מגמה, כפי שרואים באיור 14.
    6. סמנו בצד ימין את Display Equation on chart כדי להציג את משוואת קו-המגמה, כפי שרואים באיור 15.
    7. המקדם של x במשוואה אשר באיור 16 הוא התנגדות הדיודה Rf (מלשון זרם קדמי - forward), רישמו אותו בטבלה 2. יש לשים לב שאם הכנסנו את הזרמים במילי-אמפר - צריך להכפיל פי 1000 את המקדם.


3.7 מסנן מורכב חד-מופעי חד-דרכי

איור 17: מסנן חד-מופעי חד-דרכי עם קבל ומשרן, הדקאדה מכוונת לערך של 225 אוהם

הוסיפו את הסליל (במקום קצר), וחיזרו על הסעיף הקודם, אמור להתקבל גרף דומה לאיור 17, והמסנן צריך להיות בעל הנתונים הבאים:

  • דיודה אחת.
  • סליל.
  • קבל.


3.8 מסנן קיבולי חד-מופעי דו-דרכי

איור 18: מסנן חד-מופעי דו-דרכי עם קבל, הדקאדה מכוונת לערך של 432 אוהם

הוסיפו עוד דיודה, בטלו את הסליל, וחיזרו על הסעיף הקודם, צריך לקבל מסנן עם גרף דומה לאיור 18 בעל הנתונים הבאים:

  • שתי דיודות.
  • ללא סליל.
  • קבל.


3.9 מסנן מורכב חד-מופעי דו-דרכי

איור 19: מסנן חד-מופעי דו-דרכי עם קבל ומשרן, הדקאדה מכוונת לערך של 365 אוהם

הפעילו בחזרה את הסליל, וחיזרו על הסעיף הקודם, אמור להתקבל גרף דומה לאיור 19, והמסנן צריך להיות בעל הנתונים הבאים:

  • שתי דיודות.
  • סליל.
  • קבל.


4 הערכות ומסקנות – דו"ח מסכם

עירכו בצורה ברורה ומסודרת את תוצאות המדידות.

  1. בעריכת הדו"ח, נא לטפל בכל אחד מהמישרים על פי הסדר בו הם נזכרים במהלך הניסוי. עבור כל מישר:
    • ערכו את צורות הגלים שקבלתם, אחד מתחת לשני, כאשר הראשון הוא מתח הרשת.
    • הסבירו את צורות הגלים.
    • השוו בין תוצאות המדידה לתוצאות המחושבות של מקדם-הגליות.
  2. שרטטו את עקומי הרגולציה והגליות בתלות בזרם הישר בעומס, על סמך המדידות בסעיפים המתאימים. השוו עם עקומים מחושבים.