מהלך ניסוי תופעות מעבר: הבדלים בין גרסאות

מתוך מעבדת מבוא בחשמל
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
(החלפת רשימת הציוד בתמונות)
(מציאת קבוע הזמן של מעגל LPF)
שורה 39: שורה 39:
 
<gallery>
 
<gallery>
 
CapacitanceDecade.png|link=[[רכיבים#דקדות]]|[[רכיבים#דקדות|דקדת קבלים]]
 
CapacitanceDecade.png|link=[[רכיבים#דקדות]]|[[רכיבים#דקדות|דקדת קבלים]]
DecadeResistance.png|link=[[רכיבים#דקדות]]|[[רכיבים#דקדות|דקדת נגדים]]
+
DecadeResistance.png|link=[[רכיבים#דקדות]]|[[רכיבים#דקדות|שתי דקאדות נגדים]]
 
DecadeInductanceBox.png|link=[[רכיבים#דקדות]]|[[רכיבים#דקדות|דקדת סלילים]]
 
DecadeInductanceBox.png|link=[[רכיבים#דקדות]]|[[רכיבים#דקדות|דקדת סלילים]]
 
Bananas.PNG|link=[[רכיבים#כבלים]]|6 כבלי [[רכיבים#כבלים|בננות]]
 
Bananas.PNG|link=[[רכיבים#כבלים]]|6 כבלי [[רכיבים#כבלים|בננות]]
 
BNC-Bananas.PNG|link=[[רכיבים#כבלים]]|3 כבלי [[רכיבים#כבלים|בננה-BNC]]
 
BNC-Bananas.PNG|link=[[רכיבים#כבלים]]|3 כבלי [[רכיבים#כבלים|בננה-BNC]]
 
</gallery>
 
</gallery>
 
  
 
= מהלך הניסוי =
 
= מהלך הניסוי =
 
== מעגל RC ==
 
== מעגל RC ==
[[File:Ex5RCSquare.svg|thumb|left|upright=1.5|<figure id="fig:rcsquare"><caption>מעגל RC טורי מסוג LPF עם מקור אות ריבועי</caption></figure>]]
+
[[File:Ex5RCSquare.svg|thumb|left|upright=2|<figure id="fig:rcsquare"><caption>מעגל RC טורי מסוג LPF עם מקור אות ריבועי</caption></figure>]]
[[File:Ex5CRSquare.svg|thumb|left|upright=1.5|<figure id="fig:crsquare"><caption>מעגל RC טורי מסוג HPF עם מקור אות ריבועי</caption></figure>]]
+
[[File:LPF-MaxVoltage2pp.png|thumb|left|upright=2|<figure id="fig:lpf-max"><caption>תגובת מעבר של LPF</caption></figure>]]
# חברו את המעגלים הנראים ב<xr id="fig:rcsquare"/> וב<xr id="fig:crsquare"/> ל[[מחולל אותות|מחולל]], כוונו את תדירות הגל הריבועי כך שניתן יהיה להבחין היטב בכל תופעת המעבר ומידדו את תופעת המעבר במתח הקבל ומתח הנגד בעזרת ה[[משקף תנודות|אוסצילוסקופ]].
+
[[File:LPF-632-102ms.png|thumb|left|upright=2|<figure id="fig:lpf_tau"><caption>מציאת קבוע זמן של LPF בטעינת-קבל</caption></figure>]]
# העתיקו את צורות הגלים ממסך ה[[משקף תנודות]].
+
[[File:LPF-368-980us.png|thumb|left|upright=2|<figure id="fig:lpf_tau_dis"><caption>מציאת קבוע זמן של LPF בפריקת-הקבל</caption></figure>]]
# מידדו את קבוע הזמן לפי צורת הגל.
+
[[File:Ex5CRSquare.svg|thumb|left|upright=2|<figure id="fig:crsquare"><caption>מעגל RC טורי מסוג HPF עם מקור אות ריבועי</caption></figure>]]
 +
=== מעגל מסנן מעביר נמוכים ===
 +
# חברו את המעגל ב<xr id="fig:rcsquare"/> ל[[מחולל אותות|מחולל]].
 +
# כוונו את [[רכיבים#דקדות|דקאדת הנגדים]] לערך של 10k&Omega;
 +
# כוונו את [[רכיבים#דקדות|דקדת הקבלים]] לערך של 0.1&mu;F
 +
# כוונו את תדירות הגל הריבועי כך שניתן יהיה להבחין היטב בכל תופעת המעבר:
 +
#* קבוע-הזמן של המעגל הוא &tau;=RC=1mS
 +
#* זמן מחזור T בגודל של פי 10 מקבוע-הזמן יאפשר להבחין בתופעות המעבר.
 +
#* כלומר T=10mS או לחלופין f=100Hz
 +
# מידדו את תופעת המעבר במוצא (על הקבל) ביחס למקור (ה[[מחולל אותות|מחולל]]) בעזרת ה[[משקף תנודות|סקופ]]:
 +
#* הציגו את מתח-המקור בערוץ 1
 +
#* הציגו את מתח-המוצא (הקבל) בערוץ 2
 +
# מידדו את קבוע הזמן לפי צורת הגל:
 +
#* ליחצו על כפתור <code>Cursors</code> ב[[משקף תנודות]].
 +
#* בעזרת גלגלת Cursors כוונו את הצירים האנכיים.
 +
#* בנקודת האפס האנכית לשים את Y<sub>1</sub>
 +
#* בנקודת המקסימום האנכית לשים את Y<sub>2</sub>
 +
# תתקבל תמונה דומה ל<xr id="fig:lpf-max"/>.
 +
# [[משקף תנודות#שמירת תמונת משקף-התנודות|לשמור את התמונה]] של המתח-המירבי אשר אמור להיות זהה לערך אשר כיוונתם ב[[מחולל אותות]].
 +
# חשבו את המתח של קבוע-זמן אחד, באחת מהדרכים הבאות:
 +
#* לפי טעינת הקבל:
 +
#*# המתח לאחר קבוע-זמן אחד הוא <math>\,\!V_C(t) = V\left(1 - e^{-t/\tau}\right)=V\left(1 - e^{-1}\right)\approx 0.632V</math>
 +
#*# הזיזו בעזרת גלגלת Cursors את Y<sub>2</sub> לערך זה.
 +
#*# הזיזו את סַמָּן X<sub>1</sub> לתחילת העלייה.
 +
#*# הזיזו את סַמָּן X<sub>2</sub> לנקודת החיתוך עם Y<sub>2</sub>.
 +
#*# תתקבל תמונה דומה ל<xr id="fig:lpf_tau"/>.
 +
#* לפי פריקת הקבל:
 +
#*# המתח לאחר קבוע זמן אחד הוא <math>V_C(t)=V_{C}(0) e^{-\frac{t}{\tau}}=V e^{-1}\approx 0.368V</math>
 +
#*# הזיזו בעזרת גלגלת Cursors את Y<sub>2</sub> לערך זה.
 +
#*# הזיזו את סַמָּן X<sub>1</sub> לתחילת הירידה.
 +
#*# הזיזו את סַמָּן X<sub>2</sub> לנקודת החיתוך עם Y<sub>2</sub>.
 +
#*# תתקבל תמונה דומה ל<xr id="fig:lpf_tau_dis"/>.
 +
# [[משקף תנודות#שמירת תמונת משקף-התנודות|לשמור את התמונה]].
 +
 
 
# חברו נגד נוסף של 10K&Omega; במקביל עם הקבל ומידדו את קבוע הזמן החדש ואת מתח הקבל במצב היציב (כאשר מסתיימת תופעת המעבר).
 
# חברו נגד נוסף של 10K&Omega; במקביל עם הקבל ומידדו את קבוע הזמן החדש ואת מתח הקבל במצב היציב (כאשר מסתיימת תופעת המעבר).
 
# מידדו את תגובת התדר (גל סינוסי) של מתחי הקבל והנגד (אמפליטודה בלבד). ביחרו תחום תדרים בו תבצעו את המדידה. מידדו את קבוע הזמן לפי תגובת התדר (ניתן להשתמש ב[[מחולל אותות#סריקת תדרים|סריקת תדרים]]).
 
# מידדו את תגובת התדר (גל סינוסי) של מתחי הקבל והנגד (אמפליטודה בלבד). ביחרו תחום תדרים בו תבצעו את המדידה. מידדו את קבוע הזמן לפי תגובת התדר (ניתן להשתמש ב[[מחולל אותות#סריקת תדרים|סריקת תדרים]]).
 +
 +
וב<xr id="fig:crsquare"/>
  
 
<u>דרישות בדו"ח המסכם</u>
 
<u>דרישות בדו"ח המסכם</u>

גרסה מתאריך 19:06, 17 בנובמבר 2017

1 מטרת הניסוי

  • הכרת תופעות מעבר במעגלים ליניאריים המוזנים ממקור מתח ישר וסינוסי ומכילים את האלמנטים:
רכיב שם לועזי סימון סימון יחידות שם היחידות
קבל Capacitor C F פאראד
משרן/סליל Inductor L - מלשון היינריך לנץ H הנרי, לא על-שמו של היינריך אלא ע"ש ג'וזף הנרי
נגד Resistor R Ω - האות אומגה אוהם

2 ציוד לניסוי

2.1 מיכשור בעמדה

2.2 ציוד מהמחסן

3 מהלך הניסוי

3.1 מעגל RC

איור 1: מעגל RC טורי מסוג LPF עם מקור אות ריבועי
איור 2: תגובת מעבר של LPF
איור 3: מציאת קבוע זמן של LPF בטעינת-קבל
איור 4: מציאת קבוע זמן של LPF בפריקת-הקבל
איור 5: מעגל RC טורי מסוג HPF עם מקור אות ריבועי

3.1.1 מעגל מסנן מעביר נמוכים

  1. חברו את המעגל באיור 1 למחולל.
  2. כוונו את דקאדת הנגדים לערך של 10kΩ
  3. כוונו את דקדת הקבלים לערך של 0.1μF
  4. כוונו את תדירות הגל הריבועי כך שניתן יהיה להבחין היטב בכל תופעת המעבר:
    • קבוע-הזמן של המעגל הוא τ=RC=1mS
    • זמן מחזור T בגודל של פי 10 מקבוע-הזמן יאפשר להבחין בתופעות המעבר.
    • כלומר T=10mS או לחלופין f=100Hz
  5. מידדו את תופעת המעבר במוצא (על הקבל) ביחס למקור (המחולל) בעזרת הסקופ:
    • הציגו את מתח-המקור בערוץ 1
    • הציגו את מתח-המוצא (הקבל) בערוץ 2
  6. מידדו את קבוע הזמן לפי צורת הגל:
    • ליחצו על כפתור Cursors במשקף תנודות.
    • בעזרת גלגלת Cursors כוונו את הצירים האנכיים.
    • בנקודת האפס האנכית לשים את Y1
    • בנקודת המקסימום האנכית לשים את Y2
  7. תתקבל תמונה דומה לאיור 2.
  8. לשמור את התמונה של המתח-המירבי אשר אמור להיות זהה לערך אשר כיוונתם במחולל אותות.
  9. חשבו את המתח של קבוע-זמן אחד, באחת מהדרכים הבאות:
    • לפי טעינת הקבל:
      1. המתח לאחר קבוע-זמן אחד הוא [math]\,\!V_C(t) = V\left(1 - e^{-t/\tau}\right)=V\left(1 - e^{-1}\right)\approx 0.632V[/math]
      2. הזיזו בעזרת גלגלת Cursors את Y2 לערך זה.
      3. הזיזו את סַמָּן X1 לתחילת העלייה.
      4. הזיזו את סַמָּן X2 לנקודת החיתוך עם Y2.
      5. תתקבל תמונה דומה לאיור 3.
    • לפי פריקת הקבל:
      1. המתח לאחר קבוע זמן אחד הוא [math]V_C(t)=V_{C}(0) e^{-\frac{t}{\tau}}=V e^{-1}\approx 0.368V[/math]
      2. הזיזו בעזרת גלגלת Cursors את Y2 לערך זה.
      3. הזיזו את סַמָּן X1 לתחילת הירידה.
      4. הזיזו את סַמָּן X2 לנקודת החיתוך עם Y2.
      5. תתקבל תמונה דומה לאיור 4.
  10. לשמור את התמונה.
  1. חברו נגד נוסף של 10KΩ במקביל עם הקבל ומידדו את קבוע הזמן החדש ואת מתח הקבל במצב היציב (כאשר מסתיימת תופעת המעבר).
  2. מידדו את תגובת התדר (גל סינוסי) של מתחי הקבל והנגד (אמפליטודה בלבד). ביחרו תחום תדרים בו תבצעו את המדידה. מידדו את קבוע הזמן לפי תגובת התדר (ניתן להשתמש בסריקת תדרים).

ובאיור 5

דרישות בדו"ח המסכם

  1. שרטטו את צורת המתח על פני הקבל ועל פני הנגד לפי המחושב ולפי המדידה.
  2. שרטטו את תגובת התדר (אמפליטודה בלבד) ומיצאו מהם קבועי הזמן של המעגל.
  3. השוו בין שלושת הערכים שקבלתם לקבוע הזמן:
    • מתגובה למדרגה.
    • מתגובה לתדר.
    • וממכפלת RC.


3.2 מעגל RL

איור 6: מעגל RL טורי עם נגד 10KΩ ומשרן 10H
  1. חברו מעגל RL טורי (איור 6) למחולל (גל-ריבועי) כאשר L=10H, R=10KΩ.
  2. העתיקו את צורת המתחים על פני כל אחד מרכיבי המעגל ממסך המשקף תנודות.
  3. מידדו את קבוע-הזמן לפי צורת הגלים.
  4. מידדו את תגובת התדר (אמפליטודה בלבד) של הסליל והנגד (כניסה סינוסית).

דרישות בדו"ח המסכם

כמו בסעיף הקודם אך על הסליל והנגד.

3.3 מעגל RLC

איור 7: מעגל RLC מקבילי

המעגל לחלק זה של הניסוי יהיה מסנן מעביר נמוכים.

  1. חברו את המסנן למחולל (גל-ריבועי) כמתואר באיור 7, התדירות צריכה להיות נמוכה במידה מספקת כך שתופעת המעבר תראה היטב. קיבעו:
    [math]R=\frac{1}{2}\sqrt{\frac{L}{C}}[/math]
  2. קבלו על מסך המשקף תנודות את צורת מתח הכניסה והיציאה והעתיקו אותם.
    בידקו אם המתח במצב המתמיד ביציאת המסנן שווה למתח הכניסה המתאים.
  3. שנו את R בהתאם לערכים הבאים, זהו את כל מצבי הריסון והעתיקו את הצורה המתקבלת בכל מקרה:
    • [math]R=0.1\sqrt{\frac{L}{C}}[/math]
    • [math]R=10\sqrt{\frac{L}{C}}[/math]
    • [math]R=2\sqrt{\frac{L}{C}}[/math]
  4. מידדו את קבוע המעגל α (מקדם-ריסון או מקדם-דעיכה) עבור מקרה של תת-ריסון (תנודתי), וחשבו מתוך המדידה את Q (גורם הטיב) ו-ω0 (תדר-התהודה הזוויתי).
  5. מידדו את תגובת התדר (אמפליטודה בלבד) של המעגל, עבור כל אחד מארבעת ערכי הנגדים (גל סינוסי). מידדו f0, f1, f2 במקרה של תת-ריסון (תנודתי), וחשבו את קבועי המעגל: ω0, α, Q.

דרישות בדו"ח המסכם

  1. צרפו את העתקי מתח המוצא עבור כל אחד מארבעת הנגדים שבחנתם.
  2. סכמו את השפעת R על התגובה למדרגה של מעגל זה.
  3. שרטטו את התגובות לתדר (אמפליטודה בלבד) עבור ארבעת המקרים.
  4. השוו בין הקבועים שקיבלתם מהתגובה למדרגה, מהתגובה לתדר ומהחישוב התיאורטי.