masurari electronice si traductoare

Universitatea Maritimă din ConstanţaCatedra Electrotehnică, Electronică şi Informatică

Măsurări Electronice şi Traductoare

Îndrumar de laborator

Denumirea lucrărilor de laborator:

Laboratorul nr. 1

1.1 Măsurarea rezistenţelor prin metode industriale1.2 Măsurarea puterii în circuite electrice cu ampermetru, voltmetru şi wattmetru

Laboratorul nr. 2

2.1 Măsurarea capacităţilor prin metode industriale2.2 Măsurarea inductanţelor prin metode industriale

Laboratorul nr. 3

3.1 Măsurarea puterii active şi reactive în circuite de curent alternativ monofazat3.2 Etalonarea contorului monofazat de inducţie

Laboratorul nr. 4

4.1 Studiul osciloscopului catodic4.2 Măsurări în regim dinamic.

SIMBOLURI UTILIZATE PE CADRANELE APARATELOR ANALOGICE

1.2.1. Simboluri pentru clasa de exactitate

0,5 Eroarea maximă exprimată în procente

Eroarea maximă exprimată în procente din lungimea scării gradate sau deschiderea unghiulară

Eroarea maximă exprimată în procente din valoarea măsurată.

1.2.2. Simboluri pentru tipul constructiv al instrumentului

- magnetoelectric simplu şi logometric

- feromagnetic sau electromagnetic

- electrodinamic simplu şi logometric

- ferodinamic simplu şi logometric

- de inducţie - cu rezonanţă mecanică (lame vibrante)

- electrostatic - termic cu fir şi bimetal

- magnetoelectric cu redresoar

- termoelectric

1.2.3. Simboluri pentru poziţie normală de funcţionare.

cadran vertical cadran orizontalÐ60 cadran înclinat cu 600 faţă de orizontală

1.2.4. Simboluri pentru felul curentului măsurat

-- curent continuu; ~ curent alternativ;curent continuu şi alternativ; curent alternativ trifazat.

1.2.5. Simboluri pentru tensiune de încercare a izolaţiei

- fără încercare a izolaţiei - 500V - 2kV

Laboratorul nr. 1

1.1 Măsurarea rezistenţelor prin metode industriale:

Descrierea montajului Se va realiza montajul din figura de mai jos:

În care:A- ampermetru magnetoelectricV- coltmetru magnetoelectricRh- reostat in montaj potenţiometrick- întrerupător monopolar cu 2 direcţiiR- rezistenţa a cărei valori se măsoară

Se va măsura prin metodele aval şi amonte rezistenţa unui bec cu incandescenţa de 100W; Se va reprezenta grafic variaţia rezistenţelor becului cu incandescenţă în funcţie de tensiunea aplicată ; Pentru fiecare măsurătoare de mai sus se va calcula, corespunzător celor două metode aval şi amonte, valoarea exactă a rezistenţei . (Se ţine seama de eroarea de metodă ). Datele şi rezultatele obţinute se vor trece în tabelele de mai jos:

Metoda amonteRezistenţa de măsurat

V A

- rezistenţa interna a ampermetrului;- indicaţia voltmetrului-indicaţia ampermetrului

- deviaţia maximă a acului pe scara gradată (A, V)

(1) (2)

+

-

R Rh k

Metoda avalRezistenţa de măsurat

V A

- rezistenţa interna a voltmetrului;- indicaţia voltmetrului-indicaţia ampermetrului

- deviaţia maximă a acului pe scara gradată (A, V)

1.2 Măsurarea puterii în circuite electrice cu ampermetru, voltmetru şi wattmetru

Descrierea montajului:Se va realiza montajul din figura de mai jos:

A- ampermetru magnetoelectricV- coltmetru magnetoelectricW- wattmetru electrodinamicRh- reostat in montaj potenţiometrick- întrerupător monopolar cu 2 direcţiiR- receptorul

Mod de lucru:În timpul măsurătorilor se vor urmării indicaţiile aparatelor pentru ca tensiunea sau curentul să nu depăşească limitele admise de wattmetru. Datele şi rezultatele obţinute se vor trece în tabelul de mai jos:

Puterea măsurată de wattmetru

W V A

W

+

-

Rh R

Laboratorul nr. 2

2.1 Măsurarea capacităţilor prin metode industriale


A- ampermetru magnetoelectricV- coltmetru magnetoelectricF- frecvenţmetruk- întrerupător bipolarC- condensatorul a cărui capacitate se măsoară

Rezultatele determinărilor şi calculele se trec în tabelul de mai jos:

Capacitatea de măsurat

Mărimi măsurate Mărimi calculatef C

V A Hz A AMod de lucru:Se închide întrerupătorul k şi se fac citirile mărimilor tensiune, curent, frecvenţă. După fiecare măsurare se deschide întrerupătorul k şi se scurtcircuitează condensatorul pentru a-l descărca.

2.2 Măsurarea inductanţelor prin metode industriale


F C

k

~

A- ampermetru magnetoelectricV- coltmetru magnetoelectricAT- autotransformatork- întrerupător bipolarL- inductanţa de măsurat

Mod de lucru:Se va executa o măsurătoare în c.c. cu întrerupătorul pe poziţia 2, pentru determinarea valorii

a inductanţei. Se va alimenta circuitul în c.a. cu întrerupătorul pe poziţia 1 pentru determinarea impedanţei

. Atât in c.c. cât şi în c.a. tensiunea de alimentare se reglează astfel încât să nu depăşească curentul maxim admis de inductanţa aflată în circuit.

Rezultatele determinărilor şi calculele se trec în tabelul de mai jos:

U I f L

V A Hz A H

L

k

AT ~

2

1

1

11

Laboratorul nr. 3

3.1Măsurarea puterii active şi reactive în circuite de curent alternativ monofazat3.2Etalonarea contorului monofazat de inducţie


A- ampermetru magnetoelectricV- coltmetru magnetoelectricW- wattmetru electrodinamicC- contorul de etalonatRh- reostat in montaj potenţiometrick- întrerupător monopolar cu 2 direcţiiR- receptorul

Se va etalona contorul la tensiunea nominala şi trasându-se curba erorilor contorului în funcţie de sarcina I exprimată în procente din sarcina nominală

Datele şi rezultatele se vor trece în tabelul următor

U I

V A W

C

Laboratorul nr. 4

4.1 Studiul osciloscopului catodic4.2 Măsurări în regim dinamic.

Măsurarea defazajuluiDouă semnale sinusoidale de frecvenţe şi amplitudini egale sunt vizualizate pe ecranul

unui osciloscop catodic cu două spoturi (figura 8.3). Cunoscând şi lăţimea spotului

să se determine expresiile celor două semnale şi eroarea relativă la determinarea defazajului, datorată dimensiunii spotului.

Amplitudinile celor două semnale:

Valorile efective ale celor două semnale:

Frecvenţa semnalelor:

Defazajul dintre semnale:

Expresiile tensiunilor alternative vizualizate sunt:

Eroarea relativă la determinarea defazajului:

Măsurarea frecvenţeiLa intrarea Y a unui osciloscop catodic se aplică semnalul sinusoidal produs de un

generator standard la care frecvenţa şi amplitudinea sunt reglabile şi au valori cunoscute, iar sistemului de deflexie orizontală un semnal sinusoidal de frecvenţă necunoscută, . Se modifică coeficientul de deflexie pe verticală şi nivelul semnalului etalon până când imaginea se încadrează într-un pătrat determinat de liniile rastrului ecranului. Apoi se reglează frecvenţa la generatorul standard şi se constată că pentru imagineape ecran este aceea a unei elipse care trece prin fazele prezentateîn figura 8.4.

Se observă că într-un interval de timp se desfăşoară 5 astfel de cicluri complete. Să se determine frecvenţa necunoscută .

Cele două semnale aplicate pe canalele X şi Y sunt:

Când cele două frecvenţe sunt foarte apropiate se poate considera că semnalele au frecvenţe egale, dar faza , variază lent în timp.

Dacă se notează cu momentul în care elipsa degenerează într-un segment situat în

cadranele 1 şi 3 şi considerând perioada mişcării elipsei se poate scrie: din care rezultă:

sau Deci:

Măsurarea valorii efective şi a perioadeiPe ecranul unui osciloscop catodic se vizualizează un semnal sinusoidal (figura 8.10)

pentru care diviziuni, iar distanţa dintre două vârfuri consecutive diviziuni. Fiind cunos-cute, coeficientul de deviaţie pe verticală şi co-

eficientul bazei de timp să se determine valoarea efectivă a tensiunii alternative şi frecvenţa acesteia.

Amplitudinea tensiunii alternative este:

Valoarea efectivă:

Perioada semnalului măsurat:

Frecvenţa:

Măsurarea frecvenţei prin metoda figurilor Lissajous

Unui osciloscop catodic având coeficientul de deflexie pe verticală şi coeficientul de deflexie pe

orizontală , i se aplică pe canalul Y un semnal

sinusoidal de frecvenţă , iar pe canalul X un alt semnal sinusoidal de frecvenţă necunoscută. Să se determine expresiile celor două tensiuni, dacă pe ecranul aparatului se obţine imaginea stabilă din figura 8.12.A. Se consideră că osciloscopul nu introduce distorsiuni de fază.

Semnalele aplicate au expresiile:

Amplitudinea semnalului este:

Amplitudinea semnalului :

Pe baza relaţiei:

pentru figura Lissajous formată se deduce:

Deci:

Ţinând seama că figurile Lissajous depind şi de defazajul dintre cele două tensiuni şi

aşa cum se prezint în figura 8.12.B. se deduce:

Determinarea caracteristicilor magnetice ale unui material fero-magnetic.Pentru determinarea

caracteristicilor magnetice ale unui material fero-magnetic se u-tilizează sche-ma prezentată în figura 3.17.a. Pe un eşantion toroidal realizat din materialul studiat sunt re-partizate uni-form spire ale înfă-şurării de magnetizare alimentată de la o sursă de tensiune alternativă cu frecvenţa . Pe acelaşi circuit magnetic este dispusă înfăşurarea de măsurare a inducţiei magnetice având

spire, la bornele sale fiind conectat amplificatorul A cu factor de multiplicare în buclă deschisă foarte mare ( ). Tensiunea de la ieşirea amplificatorului se aplică canalului Y al osciloscopului catodic, în timp ce sistemului de deflexie pe orizontală i se aplică tensiunea culeasă pe rezistenţa parcursă de curentul de magnetizare . Pe ecranul osciloscopului apare o curbă închisă care reprezintă ciclul de histerezis magnetic al materialului testat (figura 8.17.B).

Circuitul magnetic este realizat din tole, având grosimea , diametrul exterior şi diametrul interior , iar den-sitatea materialului este:

.Cunoscând valorile compo-nentelor schemei: , , şi coeficienţii de deflexie pe verticală şi pe orizontală să se determine inducţia maximă , intensitatea maximă a câmpului magnetic şi pierderile specifice în fier.

Rezolvare:

Din legea circuitului magnetic: se deduce , în care l semnifică lungimea unei linii medii de câmp magnetic:

Se poate scrie:

sau:

în care reprezintă deviaţia maximă pe orizontală a spotului osciloscopului corespunzătoare ciclului de histerezis.

Numeric se obţine:

Deoarece rezultă:

Tensiunea indusă la bornele înfăşurării de măsurare este:

tSBNdt

d

dt

de 22

.

Considerând curentul de intrare în amplificator neglijabil, conform primei teoreme a lui Kirchhoff:

sau:

Ţinând seama că se obţine:

Deoarece factorul de amplificare are valoare foarte mare se poate scrie:

Deci:

Rezultă:

Sau:

în care reprezintă deviaţia maximă pe verticală a spotului, corespunzătoare ciclului de histerezis:

Deoarece se obţine

Pentru determinarea pierderilor specifice de energie în eşantion se exprimă aria

ciclului de histerezis şi se deduce succesiv în care:

Aici V reprezintă volumul materialului feromagnetic.Rezultă:

în care A se exprimă în cm2.

Laboratorul nr. 5

Amplificatoare operationale

Configuratii de baza

Obiectul lucrarii: Lucrarea isi propune studierea catorva circuite de baza realizate cu

amplificatoare operationale. Se pun in evidenta relatiile de principiu deduse in conditiile

presupunerii unui amplificator ideal, ca si doua aspecte fundamentale legate de aceste

configuratii cu amplificatoare operationale: raspunsul in timp si comportarea in frecventa.

1. Amplificator inversor

Se realizeaza circuitul din figura de mai jos:

+

-A1

R comp

R 2

R 1

vs vout

cu rezistentele de valorile: R1=1K, R2=10 K, Rcomp=1 K.

Semnalul vs este sinusoidal cu amplitudinea de 50 mV si frecventa de 1KHz, iar la

iesirea vout se obtine un semnal defazat cu 1800 de amplitudine 500 mV, asa cum reiese din

figura urmatoare:

Se observa ca circuitul amplifica in tensiune de 10 ori.

Din calcul se obtine pentru tensiunea de iesire aceeasi valoare:

vout = - vs * R2/R1= 500 mV

Daca R2 =100 K pe ecranul osciloscopului se observa:

0 0.5 1 1.5 2

t(ms) 50mV 5V

Vs

Vout

Astfel marind rezistenta R2 de 10 ori s-a obtinut o amplificare in tensiune de 100 de

ori.

3. Amplificator sumator

Daca la intrarea unui circuit inversor se aplica mai multe semnale se obtine la iesire

suma ponderata (cu semn schimbat) a marimilor de intrare

Schema circuitului este urmatoarea:

+

-A1

R comp

R3

R 1vs1

vout

R2vs2

cu valorile pentru rezistente: R1 = 1 K, R2 = 10 K, R3 = 10 K, Rcomp = 1K.

Pe intrari se aplica:

- semnalul vs1 sinusoidal cu amplitudinea de 100 mV si frecventa de 1 KHz

- tensiune continua vS2 de 1 V.

In urma masuratorii pe ecranul oscilocopului se obtine :

5. Circuit de integrare (filtru trece - jos de ordinul unu)

Circuitele integratoare cu amplificatoare operationale se pot utiliza fie ca filtre

selective in frecventa, fie ca circuite de defazare sau ca integrator propri-zis.

Schema circuitului este urmatoarea:

+

-A1

R comp

R2R 1vs

vout

C2

cu urmatoarele valori pentru rezistente si condensator: R1 = 10 K, R2 = 100 K, C2 =22

nF, Rcomp = 10 K.

5.1. Se aplica la intrare un semnal dreptunghiular cu amplitudinea de 50 de mV si

frecventa de 100 Hz, iar forma semnalului de iesire este urmatoarea:

-60-40-20

0204060

0 5 10 15 20

0.5V t(ms)

V(mV)Vs

Vout

Daca se lucreaza la frecventa de 1 KHz avem:

-50

0

50

0 5 10 15 20t(ms)

V(mV) Vs

Vout

In formele de unda de la cele doua frecvente apar diferente datorita faptului ca la

frecventa f=100Hz perioada semnalului este T = 10 ms, iar la f = 1KHz, T = 1ms. Cum

constanta de timp a integratorului este τ = R1C2 = 0,22ms se observa ca la frecventa joasa de

100 de Hz τ << T = 10ms fata de frecventa de 1 Khz unde τ = T/5, deci cam acelasi ordin

de marime.

Deci in cazul f = 100 Hz pe osciloscop forma de unda va aproxima ciclurile de

incarcare si descarcare ale condensatorului (printr-o exponentiala), fata de cazul f = 1 Khz

unde exponentiala va fi aproximata cu un segment de dreapta datorita faptului ca, constanta de

timp de indicare a condensatorului este de acelas ordin de marime cu perioada semnalului.

5.2. Caracteristica modulului functiei de transfer in functie de frecventa este

asemanatoare cu cea a unui filtru trece-jos deoarece impedanta condensatorului scade cu

cresterea frecventei, deci la frecvente inalte amplificarea va scadea.

Raspunsuri la intrebari:

1. Rcomp foloseste la limitarea tensiunii reziduale de iesire (cu intrarea la masa).

Rcomp nu modifica amplificarea operationalului.

2. Pentru amplificatorul operational in configuratie inversoare cu amplificare marita avem :

A=-1100

3. Pentru sumatorul de la punctul 3 cu teorema superpozitiei:

Un circuit somator cu AO atenueaza tensiunea de iesire asa cum face unul realizat cu

elemente pasive.

4. Pentru circuitul derivator avem:

Pentru

Pentru circuitul integrator avem:

5. Rezistenta R2 din schema integratorului are rolul de a asigura o amplificare mai mica pentru

a nu se satura amplificatorul (fara R2 avem o amplificare foarte mare deoarece impedanta

condensatorului la frecvente joase este foarte mare).

6. Pentru alternanta pozitiva a lui VS dioada D1 limiteaza tensiunea la iesirea amplificatorului

operational.

Functionarea redresorului bialternanta este:

a. daca VS >0 => D1 deschisa si D2 blocata=> Om = 0V. Astfel in sumator realizat cu A2 va

intra doar VS => Vout = VS 2R/2R = VS pentru Vs > 0

b. daca VS <0 => D1 blocata si D2 deschisa => Om = - Vs R/R = - VS

Astfel, in sumator vor intra VS prin rezistenta de valoare 2R si Om = - VS prin cea de valoare

R.

Rezulta Vout = VS pentru VS < 0

Deci pentru un semnal VS sinusoidal rezulta ca la iesire avem un semnal redresat

dublualternanta.

7. Circuitul de logaritmare are expresia:

Vout = - VTln (VS / R1 I S)

Dezavantajele constau in dependenta I S exponentiala de temperatura si VT liniar cu

temperatura.

Pentru eliminarea primului dezavantaj se inseriaza doua tranzistoare , astfel:

Pentru inlaturarea celui de al doilea dezavantaj se foloseste un divizor cu termistor.

Parametrii si caracteristici

Obiectul lucrarii:Lucrarea isi propune studierea principalilor parametri ai unui

amplificator operational cu ajutorul unor circuite simple de masura. Se analizeaza comparativ

doua amplificatoare operationale de uz general, punandu-se in evidenta abateri de la idealitate

ale acestor circuite si deci anumite limitari in functionare, aceste aspecte fiind fundamentale

atat pentru fabricantul de circuite integrate, cat si pentru utilizator in faza de proiectare a unei

aplicatii concrete.

7. Raspunsul in frecventa pentru amplificator inversor

Schema circuitului este:

+

-A1

Vout+15V

- 15V

Rcomp1k

R2

R1Vs

cu urmatoarele valori pentru rezistente R1= 10k, R2= 10k, Rcomp= 1k.

Se aplica la intrare un semnal sinusoidal cu amplitudinea de 50 mV si frecventa variabila.

7.1. Dupa ce se vizualizeaza pe osciloscop tensiunea de iesire, se determina frecventa

limita superioara fS =380kHz ca fiind valoarea frecventei pentru care modulul amplificarii

scade cu 3 dB fata de valoarea din banda.

7.2. Se repeta masuratorile utilizind urmatoarele valori ale rezistentelor: R1=

1k, R2= 10k, Rcomp= 1k.Se obtine fS =110kHz ,tensiunea de decalaj VIO=50mV

f[kHz] 1 10 30 65 103 200 300

V0[V] 0.5 0.5 0.5 0.5 0.45 0.2 0.18

V0/VI 10 10 10 10 9 4 3.7

20lg(V0/Vi) 20 20 20 20 19.08 12.04 11.36

Se ridica caracteristica completa amplitudine - frecventa la scara logaritmica:

0 30 60 90 12015018021024027030010

11.212.413.614.8

1617.218.419.620.8

22

.20 logVo

i

Vi

fi

7.3. Se folosesc rezistentele R1= 1k, R2= 100 k, Rcomp= 1k.

In urma masuratorilor se obtine pentru fs valoarea fs = 6,2 KHz la o amplificare

A = 100 = R2/R1

1. Tensiunea de intrare de decalaj, VIO

Tensiunea de intrare de decalaj se poate masura folosind circuitul:

+

-A2

R2

100k

R1

100

Vout

+15V

- 15V

Pentru CI A 741 se obtine Vo = 1.7 V si deci VIO = 1.7 mV, iar pentru CI M

108 se obtine Vo = 0.6 V si deci VIO = 0.6 mV.

2. Curentii de intrare IB+ , IB

- si curentul de intrare de decalaj, IIO

Acesti curenti au fost masurati utilizand urmatorul circuit:

+

-A2

R2

15 M

Vout

+15V

- 15V

C210 nF

C110 nF

R115 M

2.1. Pentru CI M 108 obtinem: Vout = 1.5 V si deci IB+ = 100 nA

2.2. Pentru IB- obtinem: Vout = 1.5 V si rezulta IB

- = 100 nA

2.3. Obtinandu-se Vout = 1 V rezulta pentru IIO = 66.6 nA

2.4. Pentru CI A 741 obtinem: Vout = 0.5 V si deci IB+ = 33 nA

2.5. Pentru IB- obtinem: Vout = 0.5 V si rezulta IB

- = 33 nA

2.6. Obtinandu-se Vout = 0.3 V rezulta pentru IIO = 20 nA

3. Castigul in bucla deschisa

Se utilizeaza urmatorul circuit cu CI M 108:

+

-A2

R2

100k

Vout

+15V

- 15V

R41k

R3100k

Vs R1

100k

V R

V D

3.1 Se aplica la intrare un semnal sinusoidal cu amplitudinea de 5 V si frecventa de 1

Hz.

Am obtinut: Vout = 4.5V si VR = 4 mV . Cu formula: a - 100* Vout / VR se obtine

o amplificare in bucla deschisa de a 2*105 .

Se obtine frecventa f =2Hz.


1. Daca VIO = 0 rezulta Vout = IBR2

Daca VIO este diferit de 0 rezulta VR1 = Vout R1 / (R1 + R2).

2. Circuitul ßM108 este bun la tensiunea de decalaj fata de µA741, dar mai slab in ceea ce

privesc curentii de decalaj.

6. Banda de frecventa se modifica odata cu modificarea amplificarii deoarece BA = ct.

Laboratorul 6

Masurarea deplasărilor cu traductoare inductive

Partea I

1. Formule si scheme folosite

Deplasarea x a miezului magnetic intre cele doua bobine care constituie traductorul diferential, determina variatii in sensuri opuse ale inductivitatiilor.

Tensiunea de iesire Vm, masurata pe priza mediana a traductorului este :

Deci tensiunea de iesire este direct proportionala cu deplasarea miezului magnetic, in limitele analizei de prim ordin.In realitate aceasta dependenta rezulta neliniara:

Neliniaritatea este determinata de termenul de ordinul3 si ponderea sa este mica pentru ca x/x0< ½.

R1,R2 sunt rezistentele bobinelor determinate de pierderile magnetice si prin curenti Foucoutt.Prin deplasarea miezului magnetic aceste rezistente se modifica si ele dar acest efect poate fi neglijat daca se alege un miez nagnetic cu un ciclu de histerezis ingustsi cu rezistivitate mare.

Schema bloc a circuitului este:

2. Datele obtinute experimental sunt date in tabelul de mai jos:

X[mm] 0 2 4 6 8 10 12 14 16XME[mm] 0.041 0.136 0.25 0.46 0.65 0.85 1.05 1.26 1.46L1[mH] 7.74 7.68 7.41 6.88 6 4.89 3.73 2.76 2.11L2[mH] 2.28 2.97 3.94 5.02 6.03 6.7 7.16 7.44 7.56

L1-L2[mH] 5.46 4.71 3.47 1.86 -0.03 -1.81 -3.43 -4.68 -5.45

Se traseaza caracteristicile urmatoare:

Panta dreptei L1(x):

%

Panta dreptei L2(x):

%

3

11

3

S1

S2

33

P

2

2

2

2

2 22

22 2

2 2222 2

2

22

2222 2

2 2 2

22 22

22 22

2

2

22

22

22 2

2 22

22 22

22 22

2

2 22

22 2

2 22

22 2

2

2

222

2

222

2

4 44

444

4

4 444

Formele de unda obtinute sunt:

Semnal de referinta din TP1:

Semnalul in punctul TP2:

Semnal in punctul TP3:

Panta dreptei (L1-L2)(x):%



Semnalul din punctul TP7:Obs. Semnalul TP7 este putin deplasat fata de referinta datorita locului de unde se preia.

Se observa ca pozitia de echilibru este x=8 mm si alegem duoa pozitii simetrice fata de aceasta la x1=6mm si x2=10mm si vizualizam curentul de intrare in FTJ pentru cele doua pozitii:

pentru x1=6mm:

pentru x2=10mm

3. Raspunsuri la intrebari

Amplitudinea de oscilatie a oscilatorului OSC trebuie stabilizata deoarece oscilatorul furnizeaza o tensiune alternativa pentru alimentarea traductorului si o tensiumn de referinta pentru comanda detectorului sensibil de faza DSF.

Tensiunea alternativa furnizata pentru alimentarea traductorului, Va, trebuie sa aiba amplitudinea de oscilatie stabilizata pentru ca amplitudinea de oscilatie a tensiunii de la iesirea traductorului Vm sa fie proportionala cu x deplasarea miezului magnetic sa fie stabilizata.

Semnalul sinusoidal aplicat traductorului trebuie sa fie pur pentru ca si semnalul de la iesirea traductorului sa fie pur, deoarece, pe de o parte, semnalul de la iesirea traductorului este proportional cu deplasarea x a miezului magnetic, iar pe de alta parte semnalul de laiesirea trebuie sa fie pur pentru ca acesta este in continuare amplificat de amplificatorul transconductanta ATA care este acordat pe frecventa oscilatorului. Oscilograma care evidentieaza eventualul dezacord dintre frecventa semnalului si frecventa pe care este acordat amplificatorul de transimpedanta ATA este TP7 deoarece OSC furnizeaza o tensiune alternativa pentru alimentarea traductorului,aceasta tensiune este proportionala cu tensiunea de la iesirea traductorului Vm aceasta din urma fiind si tensiunea de la intrarea amlificatorului transconductantaATA a carui marime de iesire este curentul debitatb in secundarul S la intrarea DSF. Criteriile de dimensionare a elementelor din FTJ sunt:

Frecventa de taiere a filtrului > frecventa oscilatorului pentru a inlatura armonicele superioare din spectrul oscilatorului in cazul in care semnalul nu este pur.

Tensiunea carecade pe condensatorul C7 sa fie egala cu tensiunea de la iesirea DSF astfel incat sa poata fi indeplinita conditia de adaptare.

Partea II-A

In aceasta parte se vor efectua masuratori cu precizie ridicata a diverselor piese aflate la masa de masura .

Se foloseste comparatorul electronic de tipul CP402 cu traductoare inductive diferentiale de deplasare de tip TL 402.

Aranjamentul experimental cuprinde stativul care este alcatuit din: coloana cu surub rectificat cu pasul de14mm, surub de blocare a masutei suport, surub de reglajal pozitiei masutei suport, surub pentru blocarea traductorului, piulita manson pentru reglarea inaltimii suportului traductorului, surub de blocare a suportului traductorului si comparatorul CP 402 cu urmatoarele elemente: instrument indicator, lampa de semnalizare pornit /oprit, comutator de pornire si de alegere a domeniului de masurare in m, comutatorul modului de lucru.

Schema bloc a comparatorului este indicatain figura de mai jos si cuprinde: oscilatorul cu o frecventa de aproximativ 5kHz, stabilizat in amplitudinecare

genereaza doua tensiuni in antifaza +Va si –Va; amplificator sumator de curent alternativ ASA care insumeaza iesirile traductoarelor

A si B si iesirea potentiometrului P, de fixare a originii; detectorul sensibil de faza DSF si filtrul trece jos FTJ ; indicatorul I; placa de masura PM.

Datele obtinute :

Se vizualizeaza :

tensiunile de alimentare

1

1

11

11

1

11

11

11

1

1 1

1 1

1 1

1 1

1 1

1

11

1

1 11

11

1

1 1

22 22

33 33

44 44

1

1

1

1

Tensiunile de la iesirea din traductor maxima:

Tensiunile de la iesirea din traductor mnima:

Tensiunea de la iesirea din FTJ se obtine nula pentru ca filtrul are o fercventa de taiere foarte mica si de aceea niveleaza semnalul obtinand componenta de curent continuu.

Se obtine valoare nula pentru ca valoarea maxima a tensiunii este 1.4V, iar valoarea minima este –1.4V(tensiunea de cap de scara este de 1V,curent continuu).

Teniunea de masa se obtine nula.

Diferenta dintre cele doua cale este de 240m, iar diversele valori ale pieselor masurate sunt date in tabelul de mai jos:

Piesa Grosime[m]1 502 303 304 505 276 47 6


1) Semnul deplasarii masurate cu traductorul B poate fi schimbat pe cale electrica cu ajutorul potentiometrului helicoidal P de fixare a originii masurarii.

3) lAL=l0[1+t]= l0+l0tl0=100mm

1=AL=24*10-6/Ct=25C- 20C=5C

=>l=lAL-l0=1l0t=12m

4) Tinand cont de rezultatul de mai sus rezulta ca piesele trebuie manipulate cu grija pentru ca la variarii mari de temperatura acestea se pot dilata (la cresterea temperaturii) sau se pot contracta(la scaderea temperaturii).

Laboratorul 7 Q-METRUL

Breviar teoretic

Q-metrul este un aparat utilizat pentru masurarea impedantelor prin metode de rezonanta. Schema bloc a Q-metrului este prezentata in figura 1. Frecventa fg si nivelul generatorului Eg sunt reglabile. Pe cadranul voltmetrului (de curent alternativ ) se citeste factorul de calitate.

figura 1

Frecventa generatorului poate fi reglata intre valorile fgmin=50KHz si fgmax=50MHz cu o rezolutie f, variabila de la scara la alta. Condensatorul variabil Cv acopera un domeniu de la 21pF la 550pF cu o rezolutie C=0,1pF (utilizind reglajul fin ). Volmetrul are trei scari de masura: 0-100, 0-300, 0-600; cu rezolutia Q variabila de la scara la alta.

Principiul de masurare O inductanta, montata la bornele bobinei “Lx”, realizeaza impreuna cu capacitatea

variabila Cv un cicuit selectiv serie. Tensiunea la bornele Cv (1) atinge o valoare maxima , la rezonanta, cind reactanta circuitului selectiv este nula.

UC r jX

Ecv g

1

( ) (1)

Frecventa de rezonanta 0 se obtine din relatia (2):

X LCo o

o

( )

1

0 (2)

Factorul de calitate al circuitului Q arata de cite ori este mai mare tensiunea U c (la rezonata ) decit tensiumea Eg. Pornind de la relatia (1) se abtine (2):

QU

E

X

rco

g

0 (3)

Uco ,Xo reprezinta tensiunea pe condensatorul variabil, respectiv reactanta inductiva (capacitiva) la rezonanta. Rezistenta de pierderi a circuitului se noteaza cu r. Pentru o valoare prestabilita a tensiunii Eg , votmetrul indica factorul de calitate al circuitului.

La Q-metru se pot face doua tipuri de masuratori: directe si indirecte. Prin metoda directa, pentru o frecventa impusa, 1 ,se masoara numai inductante cuprinse in domeniul [Lmin , Lmax]

Prin metode indirecte se masoara inductante ,care nu apartin domeniului de masura direct sau capacitati. Metodea necesita utilizarea unei inductante auxiliare La.

EroriErorile care apar in procesul de masura sunt datorate rezolutiilor finte si imprecizie in

stabilirea acordului. Nu se va considera eroare sistematica la citirea Q.Rezolutia f conduce la termenul de eroare

ef

ffg

(5)

Eroare absoluta ec, la determinarea valorii condensatorului variabil la rezonanta CvA, are doua componente: C datorita rezolutiei si ea datorita impreciziei acordului:

eC

Q

Q

Qava 0

02

21 (7)

unde Q0 ,Q reprezinta valoarea reala, respectiv masurata, a factorului de calitate.In cazul cel mai defavorabil Q=Q0Q. Eroare relativa c este aproximata de relatia

CC

VA VA

e

C

C

C Q

Q

Q

1 2 (8)

Masurarea inductantelor prin metode directaLx se calculeaza cu relatia (9):

LCx

g V

12 (9)

Eroare relativa Lx este: Lx c f 2 (10)

Factorul de calitate Qx este aproximativ egal cu factorul de calitate citit Q. Eroarea Qx

este:

Qx s

Q

Q

(11)

unde s este eroarea sistematica, datorata factorului de calitate finit al Cv , rezistentei voltmetrului si generatorului.

Masurarea inductantelor prin metoda indirecta Daca inductanta necunoscuta Lx este conectata in seria cu bobina auxiliara La atunci:

LC C

Q Q QC C

C Q C Q

x

x

1 1 12

1 0

0 10 1

0 0 1 1

( )

(12)

Daca Lx este conectata paralel cu La (adica la bornele Cx)

LC C

Q Q QC C

C Q C Q

x

x

1 12

1 0

0 10 1

1 0 0 1

( )

(13)

Masurarea capacitatilorDaca Cx se conecteaza la bornele “Cx”, deci in paralel cu Cv , atunci:

C C Cx 0 1 (14)

QQ Q C C

C Q Qx

1 0 0 1

0 0 1

( )

( ) (15)

Daca Cx se conecteaza seria cu La , atunci:

CC C

C Cx 0 1

1 0

(16)

QQ Q C C

C Q Q C Q Cx

1 0 1 0

1 0 1 1 0 0

( ) (17)

Masurarea rezistentelorDaca Rx se conecteaza in serie cu La atunci se obtine:

RC Q Qx

1 1 1

0 1 0.

In cazul in care Rx se conecteaza in paralel cu La se obtine:

RQ Q

C Q Qx 1 0

0 0 1 .

Desfasurarea lucrarii1. Se represinta grafic caracteristicile Lx(f) si Qx(f) pentru o bobina din setul de bobine

al Q-metrului. Masuratorile se fac pentru 5 frecvente, uniform distribuite in domeniul de frecvente inscriptionat pe carcasa bobinei.

f (kHz) CV (pF) Q L (H) r, Lx (%) r, Qx (%)117 486 140 3,8 2 0,7170 218 170 4,02 1,6 0,5230 112 170 4,27 1,8 0,5270 76 160 4,57 2,1 0,6411 25 90 5,9 4 1,1

Se calculeaza ea1=; ea2=; ea3=; ea4=; ea5=.

Se calculeaza rQCL

V

1

1 = 0,02. Se obtin apoi pentru Qr Ck

k L V

* 1

valorile:

Q2=214; Q3=309; Q4=388; Q5=775. Se reprezinta pe grafic.

0

1

2

3

4

5

6

90 kHz 170 kHz 270 kHz 450 kHz

L

0

100

200

300

400

500

600

700

800

117 kHz 170 kHz 230 kHz 270 kHz 411 kHz

Q

Q*

2. Se masoara aceeasi bobina Lx la alte doua frecvente: f0<fmin si f6>fmax, situate in afara domeniului direct de masura. Se reprezinta valorile pe grafic.

f (kHz) MOD Q0 CV0 (pF) L (H) Q CV (pF)90 serie 160 404 1,85 140 326450 paralel 130 52 5,68 120 74

3. Utilizand aceeasi La, se masoara o capacitate necunoscuta Cx1<300pF la frecventa f1. Se calculeaza Cx1, Qx1 si erorile r, Cx1, r, Qx. Precizati modul de conectare. Se refac masuratoriile la frecventele 2 f1 si 3 f1.

f (kHz) MOD Q0 C0 (pF) Q1 C1 (pF) Cx (pF) Qx r, Cx1 r, Qx1

117 paralel 140 486 110 376 110 116 0,4% 0,8%234 serie 160 104 90 56 118 44 2% 2%351 serie 440 21 36 28 84 53 8% 1,8%

4. Utilizand aceeasi La, se masoara o capacitate necunoscuta 600pF<Cx<10nF la frecventa f5. Se repeta masuratorile la frecventele f4 si f3.

f (kHz) Q0 C0 (pF) Q1 C1 (pF) Cx (pF)230 170 117 170 170 2190270 160 76 160 160 1368411 90 25 86 86 600

De ce scade factorul de calitate la conectarea lui Cx?

R: Factorul de calitate al unui circuit LC depinde invers proportional de C. Deci cand C creste prin conectarea in paralel a condensatorului Cx factorul de calitate Q scade.

7. Utilizand bobina auxiliara se masoara o rezistenta Rx.

R: f=230 kHz; Q0=170; Q1=48; de unde RQ Q

C Q Qx 1 0

0 0 1 =413. Eroarea relativa

este erx=eC+ef+eQ1+eQ2=2,3%

Laboratorul 8 Convertoare analog numerice cu aproximare succesivă

Convertoarele analog numerice realizează compromisul optim între precizia şi viteza de conversie, la o complexitate acceptabilă a schemei .

CAN se utilizează curent în aparatura de măsură, sisteme de achiziţie de date, transmisia şi prelucrarea numerică a informaţiei.

Schema bloc a acestui convertor este prezentată mai jos :

Schema machetei de laborator conţine un circuit integrat DAC-08 care este un convertor de 8 biţi, cu divizare de curent. El are intrarea VIN- legată la masa analogică care are un traseu separat de masa digitală pentru a putea determina potenţialele pozitive sau negative, indiferent de valoarea analogică a acestora.Valoarea acestui potenţial este

VIN+= VIN – RI0(N) ,R=5K.

Schema de principiu a comparatorului este dată mai jos:

Funcţionarea schemei :

Începutul unui ciclu de conversie este comandat prin semnalul logic SC =1; Se compară tensiunea de intrare Vin, cu cea furnizată de CNA la un moment dat.

Tensiunea furnizată de CNA este Vo(N) si reprezintă o fracţie din VREF conform formulei

Numărul binar N este produs in RAS sub forma unui cod binar natural:N=b1b2….bn

RAS funcţionează secvenţial pe o frecvenţă fixă fo, producând numere N conform algoritmului aproximărilor succesive. Un ciclu de conversie durează

TCONVERSIE=nT0

unde T0 =1/fo reprezintă durata dintre două impulsuri de ceas, n este numărul de biţi ai convertorului. Sfârşitul ciclului de conversie , când este disponibil rezultatul conversiei (forma

numărului binar este stocat în RAS) este marcat prin semnalul logic FC =1

Desfăşurarea lucrării

1. Se vizualizează pe ecranul osciloscopului pe CANALUL 1 semnalul SC=FC adică funcţionarea ciclică a osciloscopului, iar pe CANALUL 2 intrarea VIN+ a comparatorului:

1. Se calibrează panta caracteristicii de conversie a CAN prin reglajul tensiunii cap-scară Se foloseşte o tensiune de intrare de valoare VIN =10.8V

2. Se vizualizează tensiunea VIN+ pentru tensuinea VIN =8V :

3. Se determină caracteristica statică de conversie a CAN şi erorile acesteia. Se reglează frecvenţa ceasului de conversie la valori foarte mici. Cele mai importante sunt tranziţiile de cod principale pentru care se schimbă toţi biţii codului binar de la un rang in jos. Se obţine următorul tabel de valori:

Nivelul (binar)

Vmin Vmax Media tensiunii

Nivelul (zecimal)

0 0 0.017 0.0085 01 0.02 0.055 0.0375 110 0.068 0.094 0.081 211 0.1 0.15 0.125 3100 0.151 0.17 0.1605 4101 0.17 0.21 0.19 5111 0.26 0.3 0.28 71000 0.3 0.33 0.315 81001 0.335 0.35 0.3425 91111 0.45 0.57 0.51 1510000 0.62 0.63 0.625 1610001 0.666 0.68 0.673 1711111 1.2 1.25 1.225 31100001 1.3 1.327 1.3135 33110000 1.9 1.936 1.918 48111111 2.2 2.23 2.215 631000000 2.55 2.57 2.56 641000001 2.58 2.6 2.59 651111111 4.98 5.09 5.035 12710000000 5.12 5.14 5.13 12810000001 5.15 5.18 5.165 12910000100 5.28 5.3 5.29 13210010000 5.75 5.77 5.76 14411000000 7.66 7.7 7.68 19211111110 10.13 10.15 10.14 254

Pe baza datelor din tabelul de mai sus se determină caracteristica de conversie reală şi folosind datele de mai sus şi următoarele formule se detrmină dreapta celei mai bune aproximaţii liniare a caracteristicii de conversie reale:

,

, K fiind numărul de puncte măsurate.

Comparând cele două caracteristici se observă că există la caracteristica reală erori de amplificare, de zero, de nelinearitate.

4. Se aplică la intrarea în convertor, o tensiune liniar variabilă UTLV(t), de frecvenţăjoasă (f=10Hz), suprapusă peste tensiunea continuă de intrare în CAN. Se baleiază tensuinea de intrare în jurul tranziţiilor şi se obţin datele din următorul tabel:

Nivelul (binar)

Vmin Vmax Nivelul (zec)

10 0.038 0.064 2100 0.189 0.208 4

1000 0.36 0.377 810000 0.68 0.719 16

100000 1.313 1.359 321000000 2.58 2.62 64

10000000 5.15 5.193 128Convertor tensiune-frecven ţă cu astabil simetric

cu reacţie capacitivă între emitoare

Scopul lucrării :

Circuitul de studiu este reprezentat în figura din dreapta. Acest circuit simetric este de fapt un amplificator diferenţial cu tranzistoarele Q1, Q2 şi circuitele de decalare a nivelului Q3, R5, R6 şi Q4, R10, R11.

Asupra acestui circuit, se închide o buclă de reacţie pozitivă prin conexiunile încrucişate colector-bază de la C1 la B2 şi respectiv C2 la B1 şi prin condensatorul C conectat între E1 şi E2.

Ultima conexiune este efectivă doar pentru variaţii rapide ale tensiunii pe condensator şi inexistentă pentru variaţii lente

Pe durata regimului tranzitoriu rapid, reacţia este pozitivă, după cum se poate verifica urmărind transmiterea unei perturbaţii negative aplicate la emitorul lui Q1. Prin deschiderea acestui tranzistor se produce o variaţie spre (-) in colectorul C1 şi simultan o variaţie spre (+) in colectorul C2. Aceste variaţii se transmit cu semnul (-) prin Q4, R10, R11, Q2 la emitorul lui Q1 întărind perturbaţia iniţială , şi cu semnul (+) prin Q3, R5, R6 la baza lui Q1, determinând deschiderea mai rapidă a lui Q1.

În figura de mai sus, se consideră momentul imediat consecutiv unei perturbaţii de tensiune negativă (săgeţile negre) la baza lui Q2 . Circuitul evoluează pînă la tăierea lui Q1 şi deschiderea la curentul maxim posibil a lui Q2, care va susţine la emitor un curent de mărime 2I (momentul t0 în figura 1).

Tensiunea la emitorul tranzistorului Q1, în momentul iniţial, este mai mare în bază, deoarece acesta tocmai a efectuat un salt de la valoarea metastabilă anterioară (VEH) la VEH + (VEH – VEL) adică un salt pozitiv de tensiune VEH – VEL şi ca urmare tranzistorul Q1 se menţine blocat câtă vreme tensiunea la emitorul lui Q1 nu coboară la VEL.

Desfăşurarea lucrării :

a. se ridică caracteristica de transfer a convertoarelor V-I;

- tensiunea de intrare este VR măsurabilă cu multimetrul comutat pe V(mV) DC şi reglabilă în domeniul 0~10 V din potenţiometrul elicoidal;

- curentul se masoară tot cu multimetrul (comutat pe mA DC) prin efectuarea conexiunilor spre colectoarele tranzistoarelor Q5 sau Q6;

- colectorul tranzistorului care nu se masoară, se conectează la masă pentru a nu afecta funcţionarea generatoarelor de curent;

Rezultatele obţinute se trec intr-un tabel de forma celui de mai jos :

VR (V) 0.1 0.2 0.5 1 2 5 10IC5 (mA) 0,02 0,039 0,1 0.19 0,4 0,99 1,97IC6 (mA) 0,02 0,04 0,1 0,2 0,39 0,98 1,93IC5 + IC6 0,04 0,079 0,2 0,39 0,79 1,97 3,9IC5 – IC6 0 -0,001 0 -0,01 0,01 0,01 0,04

0,00 -0,01 0,00 -0,03 0,01 0,01 0,01

Se observă o dependenţă logaritmică între suma curentilor şi tensiunea VR.

b. Se ridică caracteristica de transfer f-V;

- se vizualizează formele de undă la C1 , C2 şi se desenează la scara în [V] şi t [ms,ns];- se modifică tensiunea aplicată la intrarea convertorului VR măsurată cu multimetrul şi

se măsoară semiperioada pe palierul pozitiv T/2(+) sau negativ T/2(-).

Se face tabelul corespunzator valorii C = 1μF :

VR (V) 1 3 5 7 9 10T/2(+) [ms] 5,6 3,0 2,2 2 1,3 15T/2(-) [ms] 5,4 3,1 2,1 1,9 1,3 15

f [kHz] 90,91 163,93 232,56 256,41 384,62 33,33T/2(+) – T/2(-) 0,2 -0,1 0,1 0,1 0 0T/2(+) + T/2(-) 11 6,1 4,3 3,9 2,6 30

Se observă o dependenţă aproximativ liniară între tensiunea VR şi frecvenţa f, lucru ce reiese din graficul de mai jos :

Se face tabelul corespunzator valorii C = 10nF :

VR (V) 0,03 0,09 0,3 3 9T/2(+) [μs] 520 640 520 130 20T/2(-) [μs] 420 620 480 120 18f [MHz] 1,06 0,79 1,00 4,00 26,32

T/2(+) – T/2(-) 100 20 40 10 2T/2(+) + T/2(-) 940 1260 1000 250 38

Se observă o dependenţă liniară între tensiunea VR şi frecvenţa f :

Se face tabelul corespunzător conexiunii 9-13, cu C = 100pF :

VR (V) 0,1 0,25 0,35 0,45T/2(+) [μs] 6 18 14 10T/2(-) [μs] 16 6 2 4f [MHz] 45,45 41,67 62,50 71,43

T/2(+) – T/2(-) -10 12 12 6T/2(+) + T/2(-) 22 24 16 14

Se observă o dependenţă liniară între tensiunea VR şi frecvenţa f :

Întrebări :

1. Ce rol au diodele D1 şi D7 ?Diodele D1 şi D7 au rolul de a proteja tranzistoarele Q11 şi Q12.

2. Ce rol are dioda D8?Dioda D8 are rolul de a închide bucla de reacţie a amplificatorului AO1.

3. Ce rol are condensatorul trimmer C4; de ce a fost prevăzut doar pe acest domeniu din cele trei ?Condensatorul trimmer C4 permite variaţia impedanţei capacitive dintre bornele 12-13, implicit sarcina tranzistorului Q1.

4. Tranzistoarele Q5, Q6 nu sunt în circuitul integrat, în schimb Q7, Q8 sunt. Era mai bine invers? De ce ?Tranzistoarele Q7 si Q8 trebuie să fie situate pe acelaşi chip pentru a putea considera ca au aceeaşi temperatură, obţinându-se astfel IC9 = IC10 = IC7 = IC8.

12. Poate functiona convertorul la curenţi IC5 = IC6 = IC tinzând spre 0 ?Convertorul nu poate funcţiona la curenţi IC5 = IC6 = IC tinzând spre 0, deoarece în acest caz am avea şi că f tinde spre 0.

Laboratorul 9Punţi de curent continuu

1. Breviar teoretic

În figura următoare este prezentată schema unei punti Wheatstone, unde s-a notat cu rg rezistenta internă a sursei, iar cu Rv rezistenta la borne a indicatorului de nul (sau voltmetrului) din diagonala detectoare.

Considerând rg neglijabil si Rv foarte mare, tensiunea de dezechilibru U12 se găseste cu relatia:

Puntea este echilibrată când U12 = 0. La echilibru între rezistentele puntii există relatia:

UR

R R

R

R RE g12

2

1 2

3

3 4

Se definesc:

Raportul puntii A , ca fiind raportul a două rezistente alăturate, conectate la aceeasi bornă a voltmetrului, când puntea este la echilibru.

Factorul de reglaj :

unde cu R40 se notează valoarea rezistentei R4 când puntea este echilibrată (R1,

R2, R3 sunt rezistente fixe). Pentru 0 tensiunea U12 poate fi aproximată cu expresia Ud:

U S Ed g Sensibilitatea (sau factorul) puntii S:

S

U

E

R

R

A

A

d

g

4

4

21( )

2. Desfăsurarea lucrării si rezultatele experimentale

AR

R

R

R 1

2

4

3

AR

R

R

R 2

1

3

4

R R

R4 40

40

a. Măsurarea dependentei U12 în functie S-a folosit pentru reglarea lui o cutie cu rezistente decadice, reprezentată simbolic

prin rezistenta R4 în figura montajului. Deoarece s-au considerat rezistenta voltmetrului si rezistenta generatorului infinită respectiv 0 (lucru care a făcut posibilă aproximarea lui U12 cu Ud) s-a urmărit domeniul de valori pentru în care eroarea relativă este mai mică de 5%. S-a determinat modul de conectare al voltmetrului si generatorului astfel încât sensibilitatea puntii să fie maximă. Astfel s-a adus puntea la echilibru în cele două configuratii posibile. Prin modificarea rezistentei decadice în cinci pasi s-au trecut în tabel valorile citite pe voltmetru. S-au reprezentat grafic cele două curbe si s-a ales configuratia pentru care sensibilitatea este mai mare (curba variază mai abrupt).

n 1 2 3 4 5U1 [mV] 0.3 0.4 0.6 0.9 1.2U2 [mV] 0.6 1 1.9 2.8 3.7

S-a determinat valoarea rezistentei decadice pentru care puntea se află la echilibru: R40

= 28.32 K.Tensiunea de alimentare s-a stabilit la valoarea Eg = 10 V.

[%] R4’ [K] S U12/Eg

(10-3)er [%] S- U12/Eg

11 31.43 27.5 26.2 0.86 1.310.5 31.29 26.25 25.1 0.896 1.1510 31.15 25 24 0.933 19.5 31.01 23.75 22.8 0.977 0.959 30.87 22.5 21.7 1.022 0.88.5 30.73 21.25 20.5 1.076 0.758 30.59 20 19.3 0.204 0.77.5 30.45 18.75 18.1 0.21 0.657 30.31 17.5 17.1 0.217 0.46.5 30.16 16.25 15.9 0.226 0.356 30.02 15 14.7 0.236 0.35.5 29.89 13.75 13.5 0.248 0.255 29.75 12.5 12.2 0.264 0.34.5 29.61 11.25 11.2 0.278 0.054 29.47 10 10 0.3 03.5 29.32 8.75 8.8 0.327 -0.053 29.18 7.5 7.6 0.363 -0.12.5 29.02 6.25 6.4 0.412 -0.15

2 28.88 5 5.2 0.485 -0.21.5 28.74 3.75 3.9 0.613 -0.151 28.60 2.5 2.7 0.84 -0.20.5 28.46 1.25 1.5 1.433 -0.250 28.32 0 0.2 10.1 -0.2-0.5 28.18 -1.25 -1 -2.1 -0.25-1 28.04 -2.5 -2.3 -0.97 -0.2-1.5 27.90 -3.75 -3.5 -0.671 -0.25-2 27.76 -5 -4.8 -0.517 -0.2-2.5 27.62 -6.25 -6.1 -0.428 -0.15-3 27.47 -7.5 -7.3 -0.374 -0.2-3.5 27.33 -8.75 -8.6 -0.332 -0.15-4 27.19 -10 -9.9 -0.302 -0.1-4.5 27.05 -11.25 -11.2 -0.278 -0.05-5 26.90 -12.5 -12.2 -0.064 -0.3-5.5 26.76 -13.75 -13.5 -0.048 -0.25-6 26.62 -15 -15.1 -0.032 0.1-6.5 26.48 -16.25 -16.4 -0.022 0.15-7 26.33 -17.5 -17.7 -0.013 0.2-7.5 26.19 -18.75 -19 -0.005 0.25-8 26.05 -20 -20.3 -0.885 0.3-8.5 25.91 -21.25 -21.7 -0.822 0.45-9 25.77 -22.5 -23.1 -0.766 0.6-9.5 25.63 -23.75 -24.4 -0.720 0.65-10 25.49 -25 -25.4 0.887 0.4-10.5 25.35 -26.25 -26.5 0.855 0.25-11 25.21 -27.5 -27.1 0.838 0.4

R4’ s-a calculat cu ajutorul formulei:

S-a fost aproximat cu valoarea 1/4 calculându-se astfel S . Ajustându-se cutia decadică la valorile R4’ s-a determinat tensiunea de dezechilibru U12. Er reprezintă eroarea relativă de măsură a tensiunii U12 si are valoarea:

e b cU

UrCS

unde b = 0.1% , reprezintă eroarea de citire, c = 0.1% eroarea capăt de scară iar Ucs este capătul de scară si este egal cu 1000 V.

b. Determinarea erorii experimentalePentru determinarea cu o precizie mai bună de 0.5% a lui S (cu un ordin de mărime

mai bine decât eroarea impusă de 5%) se consideră factorul puntii de forma:S A K 2 ,

unde:

R R

R4 40

40

AR

RK

R

R R

2

1

1

1 2

;

Raportul puntii A si precizia A se obtin din măsurarea căderilor de tensiune, U1 si U2, pe rezistentele R1 si respectiv R2:

A

U

UA A1

1

1

2 2

1 1

1 2

, unde cu x se notează eroarea relati-vă a

valorii x.

Din calcule rezultă:1 = 0.484%2 = 0.503%A = 0.02%Eg = 0.3%K = 0.512 si K 0.784%Din valorile precedente rezultă S 2.55%

Eroarea instrumentală se calculează cu formula:

Ag

U

SE

, unde U este rezolutia voltmetrului numeric pe scara aleasă. Rezultă

= 4.02%.

Laborator 10Generarea şi vizualizarea semnalelor

Scop: Familiarizarea cu functiile de baza ale unui osciloscop si generator de semnal. Masurarea amplitudinilor si perioadelor. Studiul sincronizarii.

Breviar teoretic

Osciloscopul este un aparat care permite vizualizarea valorii instantanee a unei tensiuni v(t) în funcţie de timp şi măsurători cantitative de tensiune şi timp pe această forma de undă, având astfel largi aplicaţii în analiza semnalelor electrice.

În lucrare se studiază osciloscopul digital Tektronix TDS1001, descrierea care urmează fiind legată de acest model.

Reglajele osciloscopului

Pe orizontala, blocul care asigura „desfăşurarea” imaginii se numeste bază de timp; durata corespunzatoare lungimii unei diviziuni de pe ecran este reglabilă din exterior din butonul Cx (coeficient de deflexie pe orizontala). Acesta este gradat in unităţi de timp per diviziune. Este valabila urmatoarea relatie dintre numarul de diviziuni Nx ocupate de un eveniment oarecare si timp:

Tx = Nx Cx

Exemplu: O perioada a unei sinusoide ocupa pe ecran 4.2 diviziuni pe orizontala, si baza de timp este pe pozitia Cx=5ms/div. Perioada semnalului sinsoidal este

Tx = 4.2 div * 5ms/div = 21ms.

Pe verticala se aplica tensiunea Uy de pe borna exterioara Y. Similar cu citirea pe X, se poate citi valoarea unei tensiuni Uy care ocupa Ny diviziuni verticale pe ecran cu relatia:

Uy = Ny Cy

Cy se numeste coeficient de deflexie pe verticala.Valorile Cx, Cy se numesc calibrate si sunt de forma standard

{1,2,5}*10+/-K pentru Cy, si {1, 2.5, 5}*10+/-K (la unele osciloscoape sînt in secventa 1,2,5 pentru ambele axe). Atunci cind nu se doreste citirea valorilor tensiunilor pe ecran prin numararea diviziunilor, ci incadrarea semnalului intre anumite limite in scopul observarii, fotografierii sau tiparirii ecranului, se poate trece Cy la valori necalibrate (VOLTS/DIV in varianta COARSE sau FINE). La unele osciloscoape se poate rega fin si Cx, dar de obicei in acest caz nu se mai poate citi valoarea sa.

Sincronizarea osciloscopului. O imagine stabilă pe ecanul osciloscopului se numeste sincronizata (triggered). Semnificatia fizica este urmatoarea: atunci cînd 2 afisari succesive ale unui semnal periodic se fac incepind cu acelasi moment de timp (relativ la perioada semnalului), cele 2 afisari se vor suprapune perfect, si la fel se va întâmpla şi pentru afisarile ulterioare. Astfel, ochiul percepe o singura imagine stabila, desi, de fapt, avem in permanenta o imagine noua suprapusă peste precedenta. Un exemplu in cazul afisarii unui front crescator este dat in figura 1 (b). Daca insa fiecare afisare preia semnalul din alt moment de timp, imaginile vor diferi, si ochiul va percepe mai multe imagini diferite si suprapuse - figura 1 (a). In acest caz imaginea se numeste nesincronizata (untriggered).

a) imagine nesincronizată b)imagine sincronizată

Figura 1

Pentru a obtine o imagine sincronizata operatorul are la dispoziţie reglajele de sincronizare dintre care cele mai importante sunt: semnalul după care se face sincronizarea (Source), nivelul acestuia (level) si o panta (slope) de unde se doreste sa inceapa afisarea imaginii. De obicei, aceste reglaje sunt grupate într-o zonă (meniu) de sincronizare.

Exemplu: fie sinusoida de perioada T din figura 2, de amplitudine 3V, reglaj Cy = 1V/div, deci amplitudinea ocupa 3 diviziuni. Se alege nivelul triggerului la 1.5V, pe front crescator. Aceasta conditie de trigger apare o data pe perioada si corespunde momentelor notate 1,2,3,4 de pe figura 2. Primul trigger (1) determina inceputul afisarii imaginii. Cit de mult din imagine se afiseaza depinde de relatia dintre T si Cx dar nu este esential in aceasta discutie. Important de observat este ca, pina ce nu se parcurg toate cele 10 diviziuni pe orizontala (timpul 10Cx), triggerul este inactiv. Astfel, la momentul (2) nu incepe o noua afisare, intrucit nu s-a terminat afisarea curenta (se observa ca ne aflam doar la 6.2 diviziuni din 10). Dupa ce s-a terminat de afisat imaginea (portiunea ingrosata), urmeaza un timp t1 in care osciloscopul nu afiseaza nimic si asteapta un nou trigger. Acesta vine la momentul (3) si procesul se repeta. Se observa ca imaginea 2 este identica cu imaginea 1, adica este sincronizata, si ochiul va percepe o singura imagine.

Figura 2: exemplu de sincronizare

O situatie in care imaginea ar fi nesincronizata ar fi daca s-ar alege de exemplu nivelul de 3.5V, mai mare decit amplitudinea. Osciloscopul nu ar detecta nici un trigger. In acest caz sint 2 posibilitati:

1) pe modul de lucru numit NORMAL (din meniul trigger), in lipsa triggerului nu se afiseaza nimic. Ecranul ramine gol (sau, în cazul TDS1001, rămîne afisata cu gri deschis ultima imagine). Acest mod de lucru se poate utiliza doar în cazul vizualizării semnalelor periodice.

2) pe modul de lucru AUTO (cel preferat) osciloscopul funcţionează la fel ca în modul NORMAL dacă există condiţii de trigger. Dacă însă nu mai apar condiţii de trigger, osciloscopul va afişa totuşi semnalul de la intrare, indiferent de forma acestuia. Rezultă că în lipsa semnalului de la intrare, pe ecran se va vedea o linie orizontală corespunzătoare nivelului de 0V (peste care se suprapune eventual un anumit zgomot).

Acest mod de lucru este obligatoriu în cazul vizualizării şi măsurării tensiunilor continue.

Observatie importanta: in figura 2 inceputul imaginii (corespunzator momentelor de trigger 1 si 3) este la diviziunea 0. Aceasta situatie este comuna osciloscopului analogic. Osciloscopul digital TDS1001 afiseaza in mod implicit jumatate din imagine inaintea triggerului (pre-trigger) si cealalta jumatate dupa trigger (post-trigger). Esantioanele pre-trigger sint luate din memorie. Prin urmare, momentele 1 si 3 ar fi la mijlocul ecranului. O ilustrare este in figura 1b), unde se presupune ca nivelul de trigger este la mijlocul ecranului (pe verticala). Se poate schimba momentul de trigger si la TDS1001 din reglajul de poziţie pe orizontala, aducîndu-l la inceputul imaginii (in acest caz intervalul pre-trigger este 0).

Desfăşurarea lucrarii

1. Reglajele automate ale osciloscopului

Se genereaza cu ajutorul generatorului de functii un semnal sinusoidal (butonul WAVE) de amplitudine maxima (reglajul AMPL rotit spre dreapta), frecventa 1KHz (tastatura: tastele [1] [KHz]). Se conecteaza iesirea OUTPUT 50Ω a generatorului la canalul 1 al osciloscopului folosind un cablu coaxial.

La osciloscop se apasa CH1 MENU pentru a afisa reglajele canalului 1 (la apasari repetate, canalul 1 este succesiv oprit si pornit). Intrucit nu se foloseste sonda cu atenuator ci un cablu simplu, se apasa softkey-ul Probe pina cind indicatia este 1x (exista sonde care contin un divizor care atenueaza semnalul de 10..100 ori, in care caz s-ar folosi setarile 10x, 100x). Se apasa butonul AUTOSET.

Cite perioade ale imaginii apar pe ecran? Ce valoare Cx a setat automat osciloscopul (indicatia M (Main) din partea de jos)? Masurati perioada numarind numarul Nx de diviziuni ale unei perioade si aplicind formula . Calculati frecventa f=1/T si verificati egalitatea cu valoarea indicata la generator.

Repetati pentru reglajul vertical. Cit este coef. de deflexie verticala Cy ? (indicatia CH1 din partea de jos). Numarind diviziunile pe verticala Ny si aplicind formula U=NyCy , masurati amplitudinea semnalului (valoarea de virf) U. In acelasi mod masurati si valoarea virf-la-virf UVV. Calculati raportul dintre U si UVV (valori masurate). Cit este acest raport teoretic?

2. Masuratori automate folosind osciloscopul. Se verifica masuratorile folosind butonul MEASURE de pe osciloscop.

Se pot programa maxim 5 masuratori pe cele 5 softkeys (tastele de pe marginea ecranului). Se apasa un softkey, se selecteaza SOURCE=CH1 si din TYPE se urmaresc: Freq (frecventa), Period, Mean (valoare medie, pentru acest semnal simetric ar trebui sa fie aproape de 0), Pk-Pk (Peak-to-peak = valoare virf-la-virf), Min, Max (Val. de virf negativa si pozitiva, adica amplitudinea). Se noteaza pe fisa valorile pentru frecventa, perioada, amplitudinea (MAX), valoare medie si valoarea virf-la-virf si se compara cu valorile determinate la punctul 1.

3. Reglarea manuala a Cx, Cy

Se generează cu ajutorul generatorului de funcţii un semnal sinusoidal cu frecvenţa fi şi amplitudinea Ai (folosind butonul rotativ AMPL si tastatura; valorile difera in functie de masa unde lucrati). Să se calculeze şi să se regleze coeficienţii de deflexie Cy, si Cx, folosind reglajele rotative VOLTS/DIV (CH1) si SEC/DIV a.î. pe ecran să se vizualizeze între 2 şi 4 perioade ale semnalului, iar amplitudinea semnalului să fie de exact două diviziuni. Se vor folosi

formulele , ca la pct. 1. In cazul amplitudinii, butonul generatorului fiind nemarcat, se regleaza valoarea sa urmarind diviziunile pe osciloscop. Să se deseneze imaginea vizualizată.

Se verifica frecventa generatorului masurind perioada pe osciloscop.

4. Reglarea sincronizarii (trigger)

Reglaţi Cy = 0.5V/div si apoi amplitudinea semnalului (butonul AMPL si urmarirea diviziunilor pe ecran) la A=1V. Frecvenţa semnalului se setează la 1kHz, iar Cx=0,25ms/div.

Se regleaza nivelul tensiunii de sincronizare (prag) din butonul TRIGGER LEVEL simbolizat pe ecran prin sageata 5 din fig. A2 (vezi anexa 1). Observati ca deplasind sageata dedesubtul/deasupra semnalului imaginea nu mai e sincronizata. Implicit nivelul de sincronizare corespunde pe orizontala mijlocului ecranului (sageata 3 din fig. A2). Pentru a usura observarea triggerului, deplasati sageata 3 din reglajul rotativ HORIZONTAL POSITION pina cind aceasta ajunge chiar in stinga ecranului la diviziunea 0. Se va regla fin butonul pina exact in momentul in care sageata 3 ajunge la margine si devine din verticala, orizontala.

Acum observati ca sinusoida incepe (in stinga) chiar de la inaltimea la care se afla sageata 5, adica nivelul triggerului marcheaza inceputul afisarii imaginii. Pentru a observa mai usor aceasta, apasati si tineti apasat butonul TRIG VIEW in timp ce rotiti TRIGGER LEVEL, astfel sageata 5 se transforma intr-o linie orizontala. Verificati ca aceasta linie intersecteaza chiar punctul din stinga de unde incepe imaginea. Daca nu, mai ajustati fin HORIZONTAL POSITION.

Din TRIG MENU->Slope se modifica frontul de la valoarea Rising (front crescator sau pozitiv) la Falling (front căzător sau negativ). Observati ca acum imaginea incepe pe panta descrescatoare a sinusoidei. Observati simbolul de front in extrema dreapta jos a ecranului.

Pentru fiecare masa, reglati TRIGGER LEVEL si SLOPE la valorile Up1 pe front crescator, respectiv Up2 pe front căzător. Desenaţi cele 2 imagini obţinute.

5. Modurile de afisare AUTO si NORM

Cu imaginea sincronizata, se comuta modul de afisare de pe AUTO pe NORMal astfel: TRIG MENU -> Mode -> Normal. Se observa vreo modificare pe ecran? Apoi se roteste TRIG LEVEL pina cind nivelul triggerului (sageata 5) ajunge deasupra virfului pozitiv al semnalului. De ce dispare imaginea? (la TDS1001 nu dispare de tot, ci ramine afisata cu gri ultima imagine). Se revine pe Mode->Auto si se verifica reaparitia imaginii, dar nesincronizata. Observati cum se schimba indicatia 2 de pe fig. A2 in cele 3 situatii: imagine sincronizata, imagine nesincronizata pe AUTO si lipsa imaginii

din cauza lipsei sincronizarii pe NORM. Desenati cele 3 indicatii posibile. La sfirsit reveniti pe modul AUTO.

6. Studiul componentei continue a semnalului

a) Reglaţi amplitudinea semnalului (butonul AMPL) la A=2V, iar Cy = 1V/div. Frecvenţa semnalului se setează la 1kHz, Cx=0,25ms/div. Observatie: daca in cadrul reglajelor de la acest punct, imaginea devine nesincronizata (nu mai e stabila pe orizontala), se regleaza nivelul de sincronizare din butonul TRIGGER LEVEL pina la stabilizare. Se poate apasa butonul SET TO 50% de sub reglajul de trigger.

Se plaseaza trasa osciloscopului în centrul ecranului: se seteaza CH1 MENU->Coupling ->Ground şi se reglează pozitia trasei din VERTICAL POSITION. Setarea „Ground” e echivalenta cu aplicarea a 0V (scurt-circuit) la intrare. Se observa ca sageata 6 din fig. A2 (cea marcata cu cifra 1 intrucit sintem pe canalul 1) coincide cu nivelul de zero, deci cu linia orizontala.

Se revine pe Coupling -> DC pentru a vizualiza semnalul. Observati ca sageata 6 ramine pe loc si va permite sa determinati (si sa reglati mai sus sau mai jos) pozitia nivelului de zero al canalului respectiv fara a trece pe Coupling->Ground.

b) Pina acum semnalul nu a avut componenta continua (prescurtata CC, numita si offset). De la generator se introduce componentă continuă pentru semnalul sinusoidal: se trage in afara si se roteste butonul OFFSET de la generatorul de semnal; in pozitia apasata offsetul este CALibrat la 0V si nu se poate regla. Se verifica ca imaginea sinusoidei se deplaseaza sus/jos. Componenta continua se poate citi vazind cu cite diviziuni a urcat/coborit virful pozitiv al sinusoidei fata de situatia cu CC=0 (de fapt, puteti alege orice punct, nu numai virful, ca referinta). Reglaţi CC astfel incit aceasta să fie 2V. Desenaţi imaginea obţinută. Treceţi pe cuplaj CH1 MENU->Coupling->AC. Desenaţi imaginea obţinută. Explicati diferenta intre imaginea pe AC si cea pe DC. Ce valoare a CC masoara osciloscopul folosind MEAN? (din meniul MEASURE)

Reveniti pe DC si reglati componenta continua la valoarea -1V. Desenati imaginea si verificati noul MEAN.

Apasati la loc butonul OFFSET la generator pentru a-l aduce inapoi la CC=0.

c) Vom ilustra o situatie in care indicatia MEAN din meniul MEASURE nu corespunde asteptarilor. Acest lucru se intimpla atunci cind osciloscopul nu afiseaza un numar intreg de perioade. Este important de inteles ca osciloscopul calculeaza MEAN pentru imaginea afisata, in timp ce, in mod normal, cind vorbim de valoarea medie a unui semnal, ne referim la media pe o perioada!

Aplicati un semnal cu f=1KHz, A=2V, folosind la osciloscop CX=100us/div. Asigurati-va ca in continuare sageata 3 din fig. A2 este la

inceputul si nu la mijlocul ecranului. In caz contrar, aduceti-o la inceput folosind reglajul HORIZONTAL POSITION. Folosind meniul MEASURE afisati valoarea MEAN. Cite perioade sint afisate pe ecran? Desenati imaginea.

Modificati frecventa la 1.5KHz. Determinati noua valoare MEAN si desenati noua imagine. Cite perioade sint afisate de aceasta data?

Explicati rezultatele obtinute.

Exercitii

1. Un osciloscop este reglat pe Cy=0,5V/div. Amplitudinea unui semnal măsurată pe ecranul osciloscopului este de 3,8div. Care este amplitudinea semnalului în volţi?

2. Un osciloscop este reglat pe Cx=20ms/div. Perioada unui semnal sinusoidal măsurată pe ecranul osciloscopului este de 5 div. Să se determine frecvenţa semnalului sinusoidal.

3. Se dă un semnal sinusoidal de frecvenţă 10kHz şi amplitudine 4V. Să se determine valorile pentru coeficienţii de deflexie pe verticală, respectiv orizontală astfel încât pe ecran să se poată măsura cu precizie maximă amplitudinea şi perioada semnalului.

4. Se măsoară cu un osciloscop amplitudinea unui semnal şi se obţine A=5div. Cy=0,2V/div. Să se determine eroarea absolută de citire(in V) şi eroarea relativă de citire.

5. Se măsoară cu un osciloscop perioada unui semnal şi se obţine T=8div. Cx=50µs/div. Să se determine eroarea absolută de citire(in s) şi eroarea relativă de citire.

6. Se vizualizează cu osciloscopul un semnal sinusoidal. Când butonul de cuplaj este trecut de pe poziţia AC pe poziţia DC semnalul sinusoidal se deplasează pe verticală, in jos cu 3 diviziuni. Cy=1V/div. Să se determine componenta continuă a semnalului.

7. Un semnal dreptunghiular simetric, de amplitudineA = 1V, componentă continuă nulă şi frecvenţă 1kHz, este aplicat pe intrarea unui osciloscop. Osciloscopul are Cy=0,5V/div, Cvx=0,2ms/div, Up=0,5V şi front negativ (SLOPE = falling). Să se reprezinte imaginea.

8. Să se calculeze eroarea absoluta care se face la măsurarea tensiunii cu osciloscopul, dacă Cy=0,5V/div iar eroarea de citire la osciloscop este de 0,1div. Pe verticală Ny=8 div. Indicatie: eroarea absoluta a tensiunii se masoara in volti si este egala cu diferenta dintre valoarea adevarata si cea masurata.

9. Să se calculeze eroarea relativa care se face la măsurarea timpului cu osciloscopul dacă Cx=20s/div, iar eroarea de citire la osciloscop este de 0,1div. Pe orizontală Nx=10div. Indicatie: eroarea relativa se masoara in procente si se

calculeaza cu formula , unde x este mărimea care se măsoară, iar

este eroarea absolută.

Fişă laborator 10

1. Reglajele automate ale osciloscopuluiCx = Nx = T = f = Cy = Ny = U = UVV = UV/UVV (masurat) = UV/UVV (teoretic)= 2. Masuratori automate folosind osciloscopul Period = Freq = Mean = Max = Pk-Pk =

3. Reglarea manuala a Cx, Cy

Semnal vizualizat pct. 3

f = A= Cx = Cy = T = f=1/T=

4. Studiul si reglarea sincronizarii (trigger)

Front crescator, nivel trigger Up1= Front căzător, nivel trigger Up2=

OBS: Desenati pozitiile sagetilor 5 si 3 (nivelul si momentul triggerului).

5. Modurile AUTO si NORM De ce dispare imaginea pe NORM ? Explicati:

Desenati indicatiile posibile in pozitia 2 de pe ecran:- imag. sincronizata:

- imag nesincronizata pe AUTO:- lipsa imaginii pe NORM:

6. Componenta continuă: desenati, pe fiecare imagine, pozitia nivelului de zero (sageata 6)b)

Vizualizare în modul DC cu CC=2V Vizualizare în modul AC cu CC=2V

Explicatii: Vizualizare in modul DC cu CC=-1VCele 2 valori indicate cu MEAN: MEAN(CC=2V)= MEAN(CC=-1V)=

c)

f=1KHz, Cx=100us/div MEAN= f=1.5KHz, Cx=100us/div MEAN=Explicatii:

Laborator 11Măsurări cu osciloscopul

Scop: Experimentarea folosirii osciloscopului pentru măsurarea factorului de umplere, a timpilor de creştere, măsurarea rezistenţei şi capacităţii de intrare. De asemenea este studiată sincronizarea osciloscopului si sursele pentru semnalul de sincronizare.

Breviar teoretic

Sincronizarea osciloscopului. O imagine stabilă pe ecranul osciloscopului se numeşte sincronizată (triggered). Semnificaţia fizică este următoarea: atunci când două afişări succesive ale unui semnal periodic se fac începând cu acelaşi moment de timp (relativ la perioadă), cele 2 afişări se vor suprapune perfect, şi la fel afişările perioadelor ulterioare, ochiul percepând o singură imagine stabilă (deşi, de fapt, avem în permanenţă o nouă imagine suprapunându-se peste precedenta). Un exemplu în cazul afişării imaginii incepind, de fiecare data, de la mijlocul portiunii crescatoare este dat în figura 1 (b). Dacă însă fiecare afişare preia semnalul din alt moment de timp, imaginile vor diferi, şi ochiul va percepe mai multe imagini diferite şi suprapuse - figura 1 (a). În acest caz imaginea se numeşte nesincronizată (untriggered).

Figura 1

Prin urmare, pentru a obţine o imagine sincronizată trebuie sa definim ce „eveniment” dorim sa defineasca inceputul imaginii. Acesta se caracterizeaza printr-un nivel (level), numit si tensiune de prag, care este valoarea semnalului in momentul dorit (0V pentru figura 1b), şi o panta (slope) care poate fi crescatoare sau descrescatoare (rising sau falling); pe fig. 1b este vorba de panta crescatoare.

Observatie: pe fig. 1, se considera ca momentul de sincronizare este extrema stinga a imaginii. Ne reamintim din lucrarea 1 ca la osciloscopul TDS1001 in mod implicit momentul de sincronizare este la mijlocul ecranului, figurat printr-o mica sageata verticala afisata deasupra marginii de sus a imaginii. Pozitia acesteia poate fi reglata din HORIZONTAL POSITION.

Reglajele de nivel si panta sint relative la un semnal, numit şi semnal de sincronizare. Important! semnalul de sincronizare nu trebuie sa fie neaparat chiar semnalul vizualizat, asa cum a fost in figura 1. Acest lucru este evident atunci cind afisam 2 semnale diferite, de pe cele 2 intrari, pe aceeasi imagine; sincronizarea se face cu unul singur dintre ele! În functie de sursa de unde se alege semnalul de sincronizare putem avea:

Sincronizare internă - se foloseşte pentru sincronizare semnalul de la intrarile osciloscopului, adica:

CH1 – sursa de sincronizare este luată de pe canalul 1 (TRIG MENU Source CH1).

CH2 – sursa de sincronizare este luată de pe canalul 2 (TRIG MENU Source CH1).

Observatie: daca cele 2 semnale sint de frecvente diferite, si care nu sint multiple una fata de alta, in functie de canalul ales ca sursa de sincronizare, numai una din imagini va fi stabila pe ecran!

Sincronizare externă – se foloseşte pentru sincronizare semnalul aplicat la borna externă (TRG MENU Source Ext sau Ext/5).

Line – se foloseste semnalul de la reţeaua de alimentare, de frecvenţă 50 Hz (TRIG MENU Source Line). Acest mod este util mai ales cind se masoara circuite de curent alternativ alimentate de la retea.

Impedanţa de intrare în osciloscop

Are structura din figura 2:

Figura 2: Impedanţa de intrare în osciloscop

Pentru determinarea rezistenţei şi capacităţii de intrare în osciloscop se introduce în serie pe intrarea osciloscopului o rezistenţă adiţională. Se formează astfel un filtru trece jos (figura 3), care are caracteristica de transfer dată de relaţia

Figura 3: Filtrul trece jos Figura 4: Divizor rezistiv

Pentru frecvenţe joase, capacitatea de intrare se poate neglija, circuitul devenind un simplu divizor rezistiv (figura 4) având funcţia de transfer

Măsurând cu ajutorul osciloscopului amplitudinile semnalelor de intrare şi de ieşire se pot determina cele două elemente ale impedanţei de intrare.

Se ţine cont de proprietatea circuitelor liniare de a răspunde la un semnal sinusoidal: dacă la intrarea unui circuit liniar se aplică un semnal sinusoidal de amplitudine A, la ieşirea sa se obţine un semnal sinusoidal având amplitudinea

. Astfel, în cazul nostru, pentru semnale sinusoidale de frecvenţă mică

efectul capacitatii Ci este neglijabil; amplitudinea semnalului de la ieşirea circuitului va fi

Iar pentru frecvenţe mari (unde nu se mai poate neglija efectul capacităţii de intrare) vom avea la ieşirea circuitului


1. Studiul unui semnal dreptunghiular. Se trece osciloscopul pe CH1 MENU Coupling DC. Se trece

generatorul pe semnal dreptunghiular simetric (butonul WAVE pâna apare simbolul respectiv) având amplitudinea vârf la vârf Ai, perioada Ti. Să se calculeze şi să se regleze coeficienţii de deflexie a.î. pe ecran să încapă două perioade din semnal, iar amplitudinea să fie de două diviziuni.

Nivelul de zero va fi reglat la mijlocul ecranului din VERTICAL POSITION (reamintim ca nivelul de zero este indicat de micile sageti orizontale numerotate, din marginea stinga a ecranului – sagetile 6 de pe figura A2 din anexa 1).

Se modifică de la generator semnalul pentru a-l face nesimetric, cu factor de umplere (duty cycle) de 30%, astfel: folosind tastatura şi tasta SHIFT DUTY 30 Hz/%. Se observă că valoarea implicită era 50% (simetric).

Factorul de umplere se defineşte , unde reprezintă durata impulsului de

nivel „1” logic (mare), iar T perioada semnalului (vezi figura 9 a). Să se deseneze imaginea. Să se măsoare duratele si T numărând diviziunile Nx pe ecran si calculând NxCx. Se calculează în funcţie de valorile măsurate şi se

notează noua valoare η1; cit este eroarea relativa (fata de valoarea

exacta η =30%)? Se trece în modul AC şi se desenează imaginea obţinută. Cât este componenta continuă a semnalului? (Indicaţie: Reamintim ca componenta continua este egala cu deplasarea care apare pe verticală la comutarea din modul AC în modul DC).

2. Măsurarea timpului de creştere pentru un semnal dreptunghiulara) Se generează cu ajutorul generatorului de funcţii un semnal

dreptunghiular având frecvenţa 10 kHz . Pentru acest semnal se măsoară timpul de creştere

(1)unde t1, t2 reprezintă momentele la care semnalul ia valorile de 10%, respectiv 90% din valoarea maximă (figura 5 a).

Pentru măsurarea timpului de creştere se procedează în felul următor:- se reglează amplitudinea de la generator astfel încât semnalul să se

încadreze între limitele imaginare de 0 si 100% de pe figura 5. Se observa ca acestea corespund la jumătatea celei de a doua diviziuni şi jumătatea celei de-a şaptea diviziuni de pe verticală – ele nu sint desenate pe ecran! Acest reglaj este util deoarece dacă se consideră că acest interval reprezintă un întreg (100%), nivelurile la care semnalul atinge 10% şi 90% din amplitudinea maximă corespund unor gradaţii vizibile de pe ecran (a 2-a diviziune de jos şi a 2-a de sus). La unele osciloscoape analogice, aceste limite sint desenate pe graticula cu

linie punctată. În acest fel sunt uşor de citit momentele t1 şi t2, iar citirea lor se face cu erori minime.

- pentru a afisa pe osciloscopul nostru liniile de 0 si 100% de pe fig. 5 se pot folosi cursorii de tensiune (linii orizontale). Se selecteaza CURSORS Type Voltage şi folosind cele 2 butoane rotative VERTICAL POSITION (sub care s-au aprins LEDuri pentru a indica funcţia alternativă) se plaseaza cei 2 cursori pe pozitiile specificate.

- din butonul bazei de timp (SEC/DIV) se detaliază imaginea astfel încât frontul semnalului să fie vizualizat ca în figura 5b. şi se citesc t1, t2.

Figura 5: Măsurarea timpului de creştere

b)Se face aceeaşi masuratoare folosind cursorii de timp (CURSORS Type Time). Se deplasează liniile verticale la punctele de intersecţie cu 10 si 90% şi se masoară direct diferenţa delta t.

3. Măsurarea rezistenţei de intrareSe măsoară rezistenţa de intrare Ri pentru CH1. Se va utiliza un semnal de

test sinusoidal de frecvenţă joasă (f=300 Hz). Se măsoară cu osciloscopul amplitudinea semnalului de la generator, conectându-l la osciloscop mai întâi direct, apoi prin înserierea unei rezistenţe R0 cunoscute (vezi şi figura 4). Evident, dacă cele două amplitudini măsurate sunt respectiv U1 şi U2, din formula divizorului de tensiune se obţine relaţia (2).

(2)

Rezistenţa R0 se introduce între cei doi „crocodili” situaţi pe cablurile roşii. Pentru usurinţa masuratorii, U1 se alege astfel ca valoarea sa de virf să ocupe tot ecranul (4 div.).

4. Măsurarea efectului capacităţii de intrareSe păstrează reglajele de la punctul 3: semnalul sinusoidal de test de

frecvenţă 300Hz este introdus la osciloscop prin rezistenţa adiţională R0. Se reglează amplitudinea semnalului de la generator astfel încât amplitudinea semnalului vizualizat pe ecran să fie de patru diviziuni.

a)Semnalul dreptunghiular t1 t2b) Detaliu-timpul de creştere

Se modifică pe rând frecvenţa generatorului la valorile f1=500Hz, f2=1kHz, f3=5kHz, f4=10kHz, f5=40kHz, şi se măsoară amplitudinea semnalului vizualizat pentru fiecare frecvenţă.

Cum variază amplitudinea semnalului masurat? De ce?

5. Studiul osciloscopului cu două canalePe canalul 1 al osciloscopului se introduce de la generatorul de funcţii un

semnal sinusoidal cu frecvenţa 2 kHz şi amplitudine A=5V. Coeficienţii de deflexie pentru canalul 1 se vor alege Cy1=5V/div, iar Cx=100µs/div.

Pe canalul 2 al osciloscopului se introduce semnalul obţinut de la ieşirea TTL a generatorului TTL/CMOS OUTPUT. Se porneşte această ieşire apăsând SHIFT TTL şi urmărind apariţia indicaţiei TTL pe afişaj.

Atentie! Semnalul de la iesirea TTL are aceeasi frecventa cu cel de la iesirea principala, dar forma sa este numai dreptunghiulara, indiferent de butonul Wave, iar amplitudinea este fixa.

Se va alege coeficientul de deflexie pe verticală pentru canalul 2 Cy2=5V/div. Pentru canalele 1 şi 2 se reglează nivelul de zero (Ground) la diviziunea a 2-a de sus, respectiv a doua de jos, astfel încît imaginile semnalelor să nu se suprapună. Vizualizarea semnalelor se face în modul DC.

Se va vizualiza şi desena suma şi diferenţa celor două semnale (MATH MENU Operation +/-). Poate fi necesară ajustarea reglajelor de poziţie pe verticală, pentru a vizualiza această imagine în mod integral (să nu „iasă din ecran” anumite părţi din imagine).

Observatie: Pentru a vizualiza doar suma sau diferenţa semnalelor se elimină cele două semnale de pe ecran (prin apasarea de două ori a tastei CH1 MENU, respectiv CH2 MENU); se observa ca la apasari succesive ale tastei respective, imaginea canalului apare si dispare.

6. Studiul surselor pentru semnalul de sincronizareSe păstrează semnalele şi reglajele de la punctul 5.a) Se selectează sursa de sincronizare sa fie canalul 1 (TRIG MENU

Source CH1) şi modul de lucru AUTO (TRIG MENU Mode Auto). Din reglajele VERTICAL POSITION se afişează ambele forme de undă, una sub alta. Se reglează nivelul de sincronizare (TRIGGER LEVEL) a.î. imaginile să fie sincronizate. Se scoate cablul conectat la intrarea 1 a osciloscopului. Ce se întâmplă cu imaginea de pe canalul 2? Explicaţi.

Se reintroduce cablul la intrarea 1 a osciloscopului. Se variază nivelul de sincronizare (TRIGGER LEVEL). De ce se deplasează stânga-dreapta imaginile pe ecranul osciloscopului?

b) Se trece sincronizarea pe CH2 (TRIG MENU Source CH2). Se observă că săgeata din dreapta ecranului, care indică nivelul de trigger, este poziţionată în dreptul undei de pe CH2. Se scoate din nou cablul conectat la intrarea 1 a osciloscopului. Ce se întâmplă cu imaginea de pe canalul 2 în acest caz? Explicaţi diferenţa faţă de ce s-a întâmplat la punctul a.

Rotind şi de data aceasta TRIGGER LEVEL (tot fără a ieşi din limite verticale ale semnalului 2) se observă că imaginea nu se mai deplasează stânga-dreapta. De ce ?

c) Se trece osciloscopul în modul de sincronizare Line (TRIG MENU Source Line). În acest mod, osciloscopul preia semnalul de sincronizare de la reţeaua de alimentare de 50Hz. Este imaginea sincronizată?

Se modifică frecvenţa de la generator la valoarea 50 de Hz şi Cx=5ms/div. Imaginea este stabilă? Se variază fin frecvenţa semnalului până când imaginea devine stabilă. De ce se stabilizează imaginea? Cât este valoarea exactă a frecvenţei reţelei de alimentare?

Observatie: pentru a regla fin frecventa, se foloseste reglajul rotativ de la generator, si eventual cele 2 butoane-sageti de sub acesta, care determina care digit de pe afisaj este cel schimbat de catre reglajul rotativ; digitul respectiv clipeste (Vezi si descrierea generatorului in anexa).

7. Sincronizarea externăÎn acest mod, semnalul de sincronizare este luat de la intrarea numită

EXT TRIG, în loc să provină din semnalul de pe CH1 sau CH2. De notat că nu se poate vizualiza semnalul de la aceasta intrare, ea fiind cuplată doar la circuitul de sincronizare!

a) Se păstrează semnalele şi reglajele de la punctul 6. Se selectează modul de sincronizare extern TRIG MENU Source Ext. Este imaginea sincronizata? De ce?

b) Se mută cablul de pe intrarea 2 a osciloscopului pe intrarea pentru sincronizare externă EXT TRIG. Este acum imaginea sincronizată? De ce?

c) Se scoate cablul din EXT TRIG, ramanind cuplat doar cablul de la CH1 (semnalul sinusoidal). Ce alegere trebuie facuta acum in TRIG MENU -> Source pentru ca imaginea sa fie stabila?

Întrebări pregătitoare pentru laborator

OBS: A se consulta şi platforma de la primul laborator, precum si anexa 1!1. Se vizualizează cu osciloscopul un semnal sinusoidal. Când butonul de cuplaj

este trecut de pe poziţia AC pe poziţia DC semnalul sinusoidal se deplasează pe verticală, in sus cu 2 diviziuni. Cy=1V/div. Să se determine componenta continuă a semnalului.

2. Un semnal sinusoidal, de amplitudine A = 1V, componentă continuă nulă şi frecvenţă 1kHz, este aplicat pe intrarea unui osciloscop. Osciloscopul are Cy=0,5V/div, Cvx=0,2ms/div, nivelul de prag Up=0,5V şi front negativ (SLOPE = falling). Să se reprezinte imaginea.

3. Ce se întâmplă când se acţionează reglajul ‘Trigger Level’. Explicaţi. Ce efect are actionarea butonului ‘Slope’ ?

4. Care este rolul circuitului de sincronizare? Explicaţi pe scurt cum se realizează sincronizarea osciloscopului.

5. Cum funcţionează osciloscopul în modurile Auto, respectiv Norm?6. Desenaţi schema de masură şi explicaţi cum se masoară

rezistenţa/capacitatea de intrare a osciloscopului7. La intrarile unui osciloscop se aplica 2 semnale sinusoidale de frecvente 2 si

3 KHz. Explicati daca puteti obtine ambele imagini stabile pe ecran.8. La ce serveşte intrarea EXT TRIG de pe panoul frontal al osciloscopului ?

Exerciţii1. Se introduce de la generator un semnal triunghiular având amplitudinea 2V şi

frecvenţă f=1kHz. Reglajele osciloscopului sunt Cy=0,5V/div, Cx = 0,5ms/div, Up=1V (tensiunea de prag) şi frontul de declanşare este negativ (SLOPE=”+”). Sa se deseneze imaginea care apare pe ecranul osciloscopului.

2. Se introduce de la generator un semnal triunghiular având amplitudinea 1V şi frecvenţă f=10kHz. Reglajele osciloscopului sunt Cy=0,5V/div, Cx = 50μs/div, Up=1V (tensiunea de prag) şi frontul de declanşare este negativ (SLOPE=”–”). Sa se deseneze imaginea care apare pe ecranul osciloscopului

3. La intrarea unui osciloscop având Cx=50µs/div, Cy=1V/div, Up=2V, Front=”–”, se aplică un semnal triunghiular simetric de amplitudine 4V, frecvenţă 5kHz şi componentă continua nulă. Să se deseneze imaginea care apare pe ecran.

4. Calculaţi componenta continuă a semnalului din figura 6.5. Se dă semnalul dreptunghiular din figura 7, vizualizat pe ecranul unui

osciloscop. Reglajele osciloscopului sunt: Cy=2V/div, nivelul de zero este poziţionat la mijlocul ecranului, comutatorul de cuplaj este pe modul DC. Calculaţi componenta continuă a semnalului. Desenaţi imaginea obţinută pe ecranul osciloscopului când comutatorul modului de cuplaj este pe poziţia AC.

Figura 6 Figura 76. Se introduce de la generator un semnal sinusoidal având amplitudinea 2V şi frecvenţă f=1kHz. Reglajele sunt Cy=0,5V/div, Cx = 0,5ms/div. Calculati eroarea relativă la măsurarea amplitudinii şi perioadei semnalului. În acest caz se va considera eroarea absolută de citire pe ecranul osciloscopului, ca fiind de 0,2div (cea mai mică gradaţie de pe ecranul osciloscopului).

Fişă laborator 11

1 . Studiul unui semnal dreptunghiular. Măsurarea factorului de umplere şi a CCA = T = Cx = Cy =

Valori măsurate:Nxτ = τ = NxT = T = η1 = εη1 = CC=

Desenati sageata corespunzatoare nivelului de zero!

Semnal dreptunghiular (DC) Semnal dreptunghiular (AC)

2. Măsurarea timpului de creştere:a) t1 = t2 = tc = b) delta t = tc =

3. Rezistenţa de intrareR0 = U1 = U2 = Ri =

4. Capacitatea de intrarefrecvenţa[kHz] 0,5 1 5 10 40Amplitudinea[V]

Ce se întâmpla cu amplitudinea semnalului? De ce?:

5. Studiul osciloscopului cu două canale

CH1+CH2 CH1-CH2

6. Studiul surselor pentru semnalul de sincronizare a)Ce se întâmplă cu imaginea de pe canalul 2? Explicaţi.

De ce se deplasează (stânga-dreapta) imaginile pe ecranul osciloscopului?

b) Ce se întâmplă cu imaginea de pe canalul 2 în acest caz? Explicaţi.

De ce imaginea nu se mai deplasează pe orizontala ?

c) De se se stabilizează imaginea?

freţea =

7. Sincronizarea externă

a) Explicatii:

b) Explicatii:

c) Explicatii:

Laborator 12Măsurarea tensiunilor continue şi alternative

Scop: Familiarizarea studenţilor cu metodele de măsurare a tensiunilor continue şi alternative.

Breviar teoretic

Parametrii semnalelor alternative, periodice

Se consideră un semnal periodic, de perioadă T, kTtxtx . Pentru acest semnal se pot defini următoarele mărimi:

Valoarea de vârf – valoarea extremă (pozitiva sau negativă) a semnalului (UV+, UV-).

Valoarea vârf la vârf - (peak-peak) domeniul de variaţie al semnalului

VVVV UUU

Valoarea medie – (mean) sau componenta continuă a semnalului

Tt

tdttu

TUtu

10

este valoarea indicată de un instrument magnetoelectric, dacă frecvenţa f este mult mai mare decât frecvenţa pe care o poate „urmari” acul instrumentului. Nu este foarte utila deoarece majoritatea semnalelor uzuale sint simetrice si deci au valoarea medie nula. Valoarea medie absolută – este valoarea medie a tensiunii redresate.

Poate fi definită atât în cazul redresării monoalternanţă (portiunile negative ale semnalului sint eliminate) cât şi în cazul redresării dublă alternanţă (portiunile negative ale semnalului sint convertite in pozitive):

În cazul redresării dublă alternanţă:

Tt

tm dttuT

tuU1

În cazul redresării monoalternanţă- alternanţa pozitivă

tuUtututu m 2

1

În cazul redresării monoalternanţă- alternanta negativă

tuUtututu m 2

1

Valoarea eficace (efectivă) – (Root Mean Square) Tensiunea efectiva este valoarea acelei tensiuni continue care dezvoltă aceeaşi putere medie printr-o rezistenţă ca şi semnalul periodic respectiv. Se defineste similar intensitatea efectiva a curentului.

txdttxT

UTt

tef221

Valorile de vârf, medie, medie absolută (redresare monoalternanţă – RMA si dublă alternanţă - RDA) si efectivă, pentru semnalele periodice uzuale de amplitudine A, sunt prezentate în tabelul 1.

semnal Uv tu Uma RMA Uma RDA Uef

sinusoidal A 0 A/ 2A/ A/ 2dreptunghiular

simetricA 0 A/2 A A

triunghiular simetric A 0 A/4 A/2 A/ 3Tabelul 1

Observaţie: pentru un semnal periodic oarecare, care se descompune în Serie Fourier Armonică :

0 0 01

2cos cuk k

k

u t A A k tT

unde A0 este valoarea medie a semnalului (componenta continuă), iar Ak reprezintă amplitudinea componentei k, tensiunea efectivă se poate deduce din relaţia lui Parceval:

1

22

0 2k

kef

AAU

Se definesc urmatorii coeficienti:

coeficientul de forma: ma

efF U

Uk

coeficientul de virf: ef

VV U

Uk

Valorile acestora pentru semnalele de forme uzuale (simetrice) se pot calcula pe baza tabelului 1 si sint date in tabelul 2.

Tabelul 2

Acest tabel permite determinarea unei valori pe baza oricărei alte valori, dar se observă că nu se poate folosi decât dacă se cunoaşte forma de undă !

Aparate folosite pentru măsurarea tensiunilor:

semnal kF

kVredresare d.a.

redresare m.a.

sinusoidal 1.11 2.22 1.41dreptunghiular simetric 1 2 1

triunghiular simetric 4/3 2/3 3

Voltmetrul de curent continuu: măsoară tensiunea unui semnal continuu, sau valoarea medie a semnalului alternativ aplicat la intrarea sa:

u(t) Vcc ~ Umăs=Ucc

Ucc

u(t)

t

Figura 1: Voltmetru de curent continuu

Voltmetrul de curent alternativ: masoara una din valorile asociate unui semnal alternativ; cel mai uzual, cind nu se precizeaza altfel, este sa măsoare valoarea efectivă pentru semnale sinusoidale, intrucit aceasta are cea mai mare utilitate practica (de exemplu, tensiunea de la priza este de 220V valoare efectiva, 311V valoare de virf, sau 622V valoare virf-la-virf; care valoare vi se pare mai cunoscuta?) Constructiv pot fi mai multe tipuri de voltmetre de c.a.:

1) voltmetre de valori efective propriu-zise, marcate de obicei cu inscripţii ca True RMS, RMS Responding, etc. Acestea măsoară valoarea efectivă a semnalului, indiferent de forma acestuia, de obicei prin calcul (analogic sau numeric) sau prin efect termic. Sunt relativ mai scumpe.

2) voltmetre gradate în valori efective, dar care nu măsoară direct valoarea efectivă a semnalului. Se foloseste aceasta metoda deoarece valoarea Uma este mult mai usor de obtinut (la semnale mari cu o simpla dioda sau punte de diode) decit valoarea efectiva, si astfel voltmetrul este ieftin. Asadar voltmetrele măsoară valoarea medie absolută pe care o convertesc apoi la valoarea efectivă pentru semnale sinusoidale, folosind coeficientul de forma pentru semnal sinusoidal din tabelul 2:

mamasF

sefs

ma

sefs

F UUkUU

Uk 11,1

În consecinţă aparatul măsoară valoarea medie absolută a semnalului de intrare:

mamas UU si indică valoarea de 1.11 ori mai mare:

masmasFind UUkU 11,1

Dezavantaj: se observă ca aparatul măsoară corect valoarea efectivă numai pentru semnal sinusoidal, singurul pentru care kF= 1.11. Pentru alte tipuri de semnale aparatul comite o eroare sistematică.

În anumite situaţii se doreşte exprimarea tensiunii efective prin comparaţie cu o tensiune de referinţă Uref. De exemplu în comunicaţiile telefonice (pe fir torsadat) Uref 1= 0,775V, în comunicaţiile radio Uref 2= 0,224V şi mai rar se foloseşte Uref 3= 1V. De unde aceste tensiuni? ele corespund unei

puteri de referinţă Pref = 1mW generate pe o rezistenţă de 600Ω, 50Ω, respectiv 1kΩ. Raportul se masoara in decibeli si se folosesc notatiile:

dBm1

20 lgref

UU

U şi dB

3

20 lgref

UU

U


1. Măsurarea tensiunii efective pentru semnal sinusoidal. Se generează cu generatorul de semnal o tensiune sinusoidală având amplitudinea U şi frecvenţa 1kHz. Amplitudinea semnalului se reglează de la generator, iar pentru osciloscop se foloseşte canalul 1 (CH1) şi un coeficient de deflexie (pe verticală) Cy. Coeficientul de deflexie pe orizontală se alege Cx=500µs/div. Câte diviziuni trebuie să aibă amplitudinea semnalului?

Se măsoară tensiunea semnalului cu ajutorul milivoltmetrului de curent alternativ (Uind1) analogic. Ce mărime indică milivoltmetrul?

Se măsoară tensiunea efectivă a semnalului cu ajutorul multimetrului digital (Uind2), selectind corespunzător tipul de mărime măsurată (se apasă butonul ACV) .

Se măsoară, cu ajutorul meniului Measure al osciloscopului, tensiunea efectivă (Uind3) şi amplitudinea semnalului (U0-3). Selectarea meniului se face astfel: MEASURE SOURCE=CH1 TYPE=Cyc RMS sau Pk-Pk. Cunoscând Upk-pk (virf-la-virf) se determină valoarea de virf care este amplitudinea “exactă” a semnalului sinusoidal (U0-3).

Se calculează teoretic tensiunea efectivă pentru semnalul dat (Ucalc) folosind ca valoare de amplitudine U0-3.

Se calculează abaterea indicaţiei tensiunii efective pentru cele trei aparate de măsura (Uind) faţă de valoarea calculată (Ucalc).

i i / 100%ind calc calcU U U

2. Măsurarea tensiunii efective pentru semnal triunghiular şi dreptunghiular. Se reiau măsurătorile şi calculele de la pct 1 pentru semnalul triunghiular simetric cu amplitudinea Utr şi dreptunghiular cu amplitudinea Udr , cu frecvenţele de 3kHz şi factor de umplere η=50%. Observati la care aparate erorile sint mai mari decit pentru semnal sinusoidal. Explicati de ce.

3. Măsurarea nivelului tensiunii efective (în dB) Se generează cu generatorul un semnal sinusoidal, având amplitudinea de 4V şi frecvenţa 1kHz. Se stabileşte coeficientul de deflexie la valoarea Cy=1V/div şi se reglează amplitudinea de la generator până la valoarea cerută.

Se măsoară nivelul semnalului în dB şi în dBm, folosind voltmetrul analogic (Uva[dB], şi Uva[dBm]) şi multimetrul digital (Umd[dB] şi Umd[dBm]). Doar pentru multimetrul digital, se va măsura nivelul acestei tensiuni ca pentru radio-frecvenţă Umd-radio[dB] (folosind Uref 2).

Observaţie: În cazul multimetrului digital, afisajul secundar in dBm se activeaza cu tasta SHIFT dBm; pentru măsurarea valorilor în decibeli (dB) se va selecta rezistenţa de referinta de 1000 Ω, pentru cea a valorilor în dBm se va selecta rezistenţa de 600 Ω, iar pentru măsurarea valorilor în dBca pentru radio-frecvenţă se va selecta rezistenţa de 50 Ω. Modificarea valorilor rezistenţelor se face din setările aparatului: Set (shift+Auto/Man) Ω valoare 600Ω , 1000Ω sau 50Ω (cu săgeţile )

Atentie! Indiferent de valoarea selectata, sub afisaj apare aceeasi indicatie luminoasa „dBm”. Prin urmare, doar verificind rezistenta de referinta puteti sti ce valoare indica aparatul. Observati aici avantajul aparatului analogic, pentru care se deseneaza usor cite o scara pentru fiecare indicatie dorita!

Se calculează valoarea teoretică pentru tensiunea eficace, în dB, dBm şi dB radio-frecvenţă (Ucalc[dB] , Ucalc[dBm] Ucalc-radio[dB])

Observaţie: se ţine cont de tensiunea de referinţă pentru fiecare nivel în parte.

Explicaţi de ce se modifică tensiunea exprimată ca nivel, deşi valoarea eficace rămâne aceeaşi.

4. Măsurarea componentei continue pentru un semnal sinusoidal Se generează un semnal sinusoidal cu amplitudinea Uo=1,5V, componenta continuă Ucc=+1V şi perioadă T=250 μs. Reamintim ca pentru a regla componenta continua se trage in afara butonul offset de la generator. Componenta continua se determina cel mai usor vazind cu cite diviziuni urca sau coboara semnalul cind se comuta de pe Coupling->AC (afisare fara c.c.) pe DC. Osciloscopul va fi reglat cu Cy=0,5V/div şi Cx=50 μs/div, Coupling->DC, si se poziţionează din VERTICAL POSITION nivelul 0V (GND), indicat in stinga imaginii prin sageata cu numarul canalului, la 2 div faţă de marginea inferioară a ecranului. Se vizualizează şi se desenează semnalul.

Se calculează teoretic UV+ şi UV- (observati ca in cazul in care Ucc ≠ 0, UV+ ≠ UV- ). Folosind meniul measure al osciloscopului, se măsoară UV- , UV+ şi valoarea medie (MEASURE SOURCE=CH1 TYPE= Min, Max sau Mean). Se măsoară componenta continuă a semnalului cu multimetrul numeric (butonul DCV) şi se compară cu cea măsurată pe osciloscop.

La sfârşitul măsurătorii se readuce nivelul GND la mijlocul ecranului.

5. Măsurarea unui semnal sinusoidal redresat monoalternanţă Se realizează pe machetă redresorului monoalternanţă din fig 2. Rezistenta nu face parte din detector, ea este o rezistenta de sarcina (in acest fel, circuitul nu functioneaza in gol, care ar fi o situatie ne-intilnita in practica).

Se generează cu generatorul de semnal o tensiune sinusoidală având amplitudinea de 2V, frecvenţa 1kHz, fără componentă continuă (se apasa la loc butonul OFFSET), care se aplică la intrarea redresorului. Se verifica ca nivelul de zero este la mijlocul ecranului, pentru ambele canale, si Coupling->DC.

Se vizualizează simultan semnalul de la intrarea pe CH1 şi de la ieşirea circuitului pe CH2 folosind osciloscopul cu ambii coeficienţii de deflexie pe verticală Cy=1V/div. Se desenează semnalul sinusoidal redresat monoalternanţă. Se măsoară componenta continuă a semnalului de iesire cu voltmetrul de curent continuu din multimetrul numeric (tasta DCV) (Uccmono).

Se calculează teoretic componenta continua a semnalului (Utccmono).Se măsoară tensiunea eficace a semnalului redresat monoalternanţă folosind milivoltmetrul de c.a. şi apoi meniul measure->Cyc. RMS al osciloscopului.

6. Măsurarea unui semnal triunghiular redresat monoalternanţă Se repetă măsurătorile de la pct 4 pentru semnal triunghiular simetric, cu amplitudinea 3V, de frecvenţă 1KHz, fără componentă continuă.

7. Măsurători pentru detectorul de vîrf derivaţie Se aplică la intrarea circuitului din figura 3 un semnal sinusoidal de amplitudine 2V şi frecvenţă 3kHz, fara componenta continua. Acesta este un detector de virf – rolul sau este de a permite masurarea valorii de virf a tensiunii aplicate la intrare.

C=100nF

R=39kΩ Ui Uo D

Figura 3: detector de vîrf derivaţie

Să se vizualizeze simultan pe cele 2 canale ale osciloscopului tensiunile Ui si Uo de la intrarea si ieşirea circuitului. Se verifica ca nivelul de zero sa fie la centrul ecranului. Ambele canale se trec pe acelasi reglaj Cy de 1V/div. In acest fel, se pot compara usor componentele continue ale celor 2 semnale.

D

R=1kΩ Ui Uo

Figura 2: Schema redresorului monoalternanţă

Să se măsoare cu ajutorul osciloscopului componenta medie (continuă) a cele 2 semnale. Ce puteţi spune despre acestea? Pe baza imaginii de la iesire, de ce credeti ca circuitul se numeste si „circuit de axare”? (a axa = a pune pe axa, in cazul nostru pe axa Ox).

Masurati de asemenea cu voltmetrul de c.c. semnalul de la iesire. Comparati cu valoarea de virf a tensiunii de la intrare. Ce observati ?

Întrebări pregătitoare:

1. Se dă semnalul sinusoidal Vtts 0sin5 . Să se calculeze tensiunea efectivă, tensiunea de vârf şi tensiunea medie absolută.2. Pentru un semnal dreptunghiular simetric de amplitudine A=2V să se calculeze tensiunea efectivă, tensiunea medie şi tensiunea medie absolută.3. Pentru un semnal triunghiular simetric de amplitudine A=3V să se calculeze tensiunea efectivă, tensiunea medie şi tensiunea medie absolută.4. Explicati diferenta dintre un voltmetru de c.a. de tip true RMS si unul cu convertor de valori medii absolute gradat in valori efective pentru semnal sinusoidal.5. Cu un voltmetru de curent continuu se măsoară semnalul Vttts 00 3sin2sin23 . Să se determine indicaţia voltmetrului.

6. Cu un voltmetru de curent alternativ se măsoară tensiunea Vtts 0sin234 . Să se determine indicaţia voltmetrului.

7. Cu un voltmetru de curent alternativ se măsoară tensiunea

02 2 sin 3s t t V . Să se determine indicaţia voltmetrului.

8. Se dă tensiunea U=7,75V. Să se calculeze valoarea sa exprimată în dBm.9. Se dă tensiunea U=20V. Să se calculeze valoarea sa în dB. Indicaţie lg2 ≈ 0,310. O tensiune are valoarea U=32dB. Să se determine valoarea sa exprimată în volţi. Indicaţie lg 2 ≈ 0,3 11. O tensiune are valoarea U=60dBm. Să se determine valoarea sa exprimată în volţi.

12. Să se calculeze tensiunea medie pentru semnalul Vtts 02sin2 .

13. Se dă tensiunea de radio frecvenţă U=4,48V. Să se calculeze valoarea sa exprimată în dB. Indicaţie lg 2 ≈ 0,3 14. O tensiune are valoarea U=26dBm. Să se determine valoarea sa exprimată în volţi Indicaţie lg 2 ≈ 0,3

Exerciţii :

1. Să se calculeze tensiunea medie absolută şi tensiunea efectivă pentru următoarele semnale (se vor detalia calculele efectuate):

tts 41 10sin3

2 2sin 2000s t t

3 3 cos 2000s t t

2

4 2 sin4000s t t

4 45 sin 10 sin 10s t t t

4 46 2 cos 3 10 2 cos 10s t t t

2. Să se calculeze tensiunea medie absolută şi tensiunea efectivă pentru semnale din figura 4 (se vor detalia calculele efectuate):

3. Cu un voltmetru având scări pentru măsurarea tensiunilor continue şi alternative, cu redresor dublă alternanţă, se măsoară tensiunea din figura 5

pe scara de curent continuu se măsoară U1=2V; pe scara de curent alternativ se măsoară U2=5,55V.a) Ştiind că pe scara de curent alternativ voltmetrul este etalonat în valori efective pentru semnal sinusoidal, să se calculeze tensiunile E1 şi E2 dacă valoarea lui τ=T/2.b) Ce va indica voltmetrul în cele două cazuri dacă τ=T/3 ?

Figura 4 : Semnale în domeniul timp

tt

u(t)[V] u(t)[V]

2

-2

6

-2T/2 T T/2 T

t-2

u(t)[V]

T/2 T

6

t-2

u(t)[V]

T/2 T

8

-4

Figura 5: Semnal dreptunghiular nesimetric

Tτ

t

E1

E2

u(t)

GND

De la generator

Spre osciloscop

Figura 6: Sugestie de realizare a redresorului si a detectorului de virf pe placa de test, şi marcarea catodului pe diodă

CatodAnod

pct6 pct7

Fişă laborator 12

U Uind1 Uind2 Uind3 U0-3 Ucalc ε1 ε2 ε3

1. Semnal

sinusoidal

2. Semnal

triunghiular

Semnal

dreptungh.

Explicatii:

3. Uva[dB] Uva[dBm] Umd[dB] Umd[dBm] Umd-radio[dB]

Explicatii:

4. Masurarea componentei continue

UV+ = .......... UV- = ......... (calculate) UV+ = .......... UV- = ......... (masurate) Umed osciloscop = ............Umed voltmetru = ..............

Desenati sagetile care reprezinta nivelul de zero!5. Tensiune sinusoidală redresată monoalternanţă

6. Tensiune triunghiulară redresată monoalternanţă

Uccmono = .......... Utccmono=..............Uef mono Vcc = ..... Uef mono osciloscop=....... Uccmono = .............. Utccmono=..............

7. Detector de vîrf (desenati pozitia sagetilor care indica nivelului de zero!)Umed (intrare)= ................Umed (iesire)= ................Umed voltmetru (iesire)= ................

Explicatii:

Observatii:

Laborator nr. 13Măsurarea impedanţelor

Scop: Măsurarea impedanţelor folosind diverse metode de măsură: metoda directă prin utilizarea unui LCR metru, metode indirecte: punţi de curent continuu şi alternativ.

Breviar teoretic

În regim sinusoidal se defineşte impedanţa U

ZI

şi admitanţa

1IY

U Z , unde U şi I reprezintă fazorii tensiunii şi intensităţii curentului

electric din figura 1a.

În general aceste mărimi sunt mărimi complexe, putând fi scrise sub forma algebrică

Z R jX , Y G jB R – rezistenţa serie X – reactanţa serie (cu X >0 pentru impedanţe inductive şi cu X <0 pentru

impedanţe capacitive)G – conductanţa paralel B – susceptanţa paralel (cu B <0 pentru admitanţe inductive şi cu B >0

pentru admitanţe capacitive)Relaţia de legătură între mărimile impedanţei şi ale admitanţei se obţine simplu

2 2

GR

G B

2 2

BX

G B

În forma exponenţială, admitanţa şi impedanţa se pot scrie

ZjZ Z e respectiv YjY Y e

unde Z U I Y şi 1U

ZI Y

Modelul unei reactanţe cu pierderiSe consideră o reactanţă cu pierderi, având la frecvenţa f un factor de

calitate Q. Pentru aceasta sunt posibile două modele de circuit: serie si paralel.

ZI

U

Figura 1a

În figura 1b sunt desenate cele 2 modele pentru o reactanţă cu pierderi.X poate fi reactanţa unei bobine, respectiv condensator:

LX L 1

CXC

Xs Rs

Xp

Rp

Figura 1b

Pentru cele două modele se definesc factorii de calitate Qs şi Qp :1s s

ss s s s

p pp p p

pp

XX LQ

R R R R C

R RBQ R C

G LX

Fiind definiţi pentru aceeaşi reactanţă fizica, cei doi factori de calitate trebuie sa fie egali:

Qs=Qp=QPentru reactanţa cu pierderi se defineşte tangenta unghiului de pierderi, D,

1D

Q

Relaţiile de legătură între elementele celor două modele, la o frecvenţă fixată f, sunt:

22

2

11 1

1

p s s

p s

X X X DQ

R R Q

Relaţia de echivalenţă intre reactanţe se mai poate scrie în funcţie de tipul reactanţei, capacitivă respectiv inductivă, astfel:

2

2

1 1/

1 1/

p s

s p

L L Q

C C Q

(1)

Principiul măsurării cuadripolare

Atunci când se măsoară impedanţe mici, sau când sondele de măsură au lungime mare (măsurare distantă), impedanţa sondelor şi a rezistentelor de contact poate să nu mai fie neglijabilă, fiind comparabilă cu impedanţa Zx. Principiul de măsură foloseşte în fiecare capăt al impedanţei două terminale. O pereche de terminale este folosită pentru injectarea curentului prin impedanţa necunoscuta Zx, iar cealaltă pentru măsurarea tensiunii care cade pe Zx. Conexiunea se numeşte cuadripolara datorita celor 4 terminale. Cele 2 perechi

de terminale se conectează cât mai aproape de corpul impedanţei.

Zx z1

z2

z3

z4

z2 z1

z3

z4 Zx I U=Ux

Ux

Ix z1

z3

Zx I Ux U

Ix

Figura 2b: Modelul bipolar

z4

z3

U

Figura 2a: Modelul cuadripolar

Error: Reference source not foundCele 4 impedanţe (nedorite) ale celor 4 borne de măsură sunt z1, z2, z3, z4. Se observă că z1 şi z4 sunt în serie cu voltmetrul care are impedanţa de intrare foarte mare deci sunt neglijabile. z2 şi z3 apar în serie cu sursa de curent, cu impedanţa interna mare, aşadar devin şi ele neglijabile. Aceasta schema permite deci minimizarea efectului celor 4 impedanţe nedorite, făcându-le să apară in serie cu alte impedanţe mari care exista deja in circuit.

Dacă se folosesc doar două terminale (conexiunea bipolara din figura 2b), nu se mai pot separa caile de „curent” si „tensiune” si se măsoară impedanţa care include si impedanţa sondelor:

1 3m xZ Z z z făcându-se o eroare sistematică

1 3x

sZ

x

z z

Z

De exemplu, în cazul măsurării unei rezistenţe R, folosind pentru conectare nişte cabluri având rezistenţa r, se obţine o eroare sistematică, în cazul folosirii configuraţiei bipolare (se folosesc doar două terminale):

2sR

r

R

Punţi de curent continuu. Puntea WheatstoneÎn figura 3 se prezintă schema unei punţi Wheatstone, în care s-a notat cu

rS rezistenţa internă a sursei, iar cu RV rezistenţa internă a indicatorului de nul (sau a voltmetrului).Considerând rs neglijabil şi RV foarte mare, tensiunea de dezechilibru este dată de relaţia

2 3

1 2 3 4d g

R RU E

R R R R

Puntea este echilibrată atunci când Ud = U12 =0. La echilibru, între rezistenţele punţii există relaţia

1 3 2 4R R R R (4)

S

0,25

0,10

0,20

1 5 9 α α-1

Figura 4 Figura 3

Eg

rg R1

R2 R3

R4

[2]

Ud, RV [1]

[4]

[3]

Se defineşte raportul punţii A, ca fiind raportul a oricare două rezistenţe alăturate, conectate la aceeaşi bornă a voltmetrului, când puntea este la echilibru.

1 4

2 3

R RA

R R sau

2 3

1 4

R RA

R R (5)

Factorul de reglaj σ (numit si dezechilibrul puntii) se defineste ca:

4 40

40

R R

R

unde cu R40 se notează valoarea rezistenţei R4 când puntea este echilibrată (rezistenţele R1 , R2 , R3 sunt rezistenţe fixe)

Pentru 0 tensiunea U12 poate fi aproximată cu expresia lui Ud

d gU S E

Sensibilitatea S a punţii este:

24

4

1

d

g

UE A

SR A

R

(6)

Din aceasta relaţie se obţine ca S(A)=S(1/A), de aceea nu contează cum se alege A (R1/R2 sau R2/R1) atâta vreme cât sunt 2 rezistenţe care mărginesc voltmetrul.

Dependenţa sensibilităţii S în funcţie de A este prezentată în figura 4.


1. Măsurarea rezistenţelor folosind LCR metrulLCR-metrul este un aparat care permite măsurarea automata, la alegere, a

doi parametri ai unei impedanţe (selectabili din butonul MODE).Se măsoară cele trei rezistenţe existente la masă cu ajutorul LCR

metrului, folosind următoarele setări: SPEED->MEDI, DISPLAY -> VALUE, MODE -> R/Q, CIRCUIT -> SERIES. Aceste setări se pot schimba prin apăsarea butoanelor aflate în dreapta ecranului. Frecvenţa de lucru este implicit 1kHz (se verifica pe afişaj, daca nu se apasă tasta FREQ (aceeaşi cu tasta „-„), se introduce valoarea dorită şi apoi se apasă tasta ENTER.). Se determină erorile absolute ΔR şi relative R ale valorii măsurate de aparat, fata de valoarea nominala (cea notată pe rezistenţa măsurată).

2. Măsurarea rezistenţei unui cabluSe vor folosi si compara conexiunea bipolara si cea cuadripolara pentru a

masura o rezistenta de valoare foarte mica (rezistenta unui cablu, care este mult sub un ohm).

a) Se conectează cablul disponibil la masă la sondele de măsură ale LCR metrului. Se observa ca adaptorul conectat la LCR-metru foloseste 4 borne, masurarea fiind cuadripolara, fiecare din cei doi „clesti” conectind 2 borne la cite un terminal al impedantei necunoscute, ca in figura 2a.

Reglajele sunt cele de la punctul 1 (se revine în modul de afişare -> VALUE). Se notează valoarea indicată pentru rezistenţa cablului, Rcuadri.

b) Se scoate apoi adaptorul de măsură. (Atenţie: Vă rugăm să manevraţi cu grija adaptorul de măsură. Pentru a fi scos, se rotesc spre stânga manetele de plastic maro, observind alinierea mufelor BNC care le sint atasate, astfel ca adaptorul sa iasa foarte usor. La reconectare, după introducerea mufelor se rotesc manetele spre dreapta pentru fixare. Daca nu intra foarte usor, nu forţaţi, inseamna ca nu le-ati aliniat corect!). Se conectează la bornele LFORCE, HFORCE, câte un cablu cu crocodili. Crocodilii de culoare neagră (firele de masă) se vor conecta între ei, iar cei de culoare roşie se vor conecta la bornele cabului care se doreşte a fi măsurat. Se notează valoarea indicată, R bipolar. De ce obţine o diferenţă aşa mare între cele două valori măsurate (la punctele a şi b)?

c) Se scoate cablul măsurat şi se conectează crocodilii roşii între ei. Se notează valoarea indicată, Rfire_legătură. Ce reprezintă această valoare? Cât este eroarea sistematică absolută ( R ) făcută la măsurarea cablului ?

d) Se determină valoarea rezistenţei cablului măsurat prin corecţia erorii sistematice, Rcablu corecţie, (se scade valoarea rezistenţei cablurilor cu crocodili de la c din valoarea măsurată la punctul b). Se determină eroarea relativa a acestei valori fata de valoarea determinată la punctul a.

De ce la punctul a nu a mai fost necesară determinarea rezistenţei cablurilor sondei?

3. Măsurarea unor condensatoare şi bobinea) măsurarea capacităţilorSe măsoară cele două capacităţi existente la masă. Pentru aceasta se trece

în modul MODE -> C/D, model serie (CIRCUIT->SERIES) şi se notează valorile Cs şi D. Se selectează apoi modelul paralel (CIRCUIT -> PARALL) şi

se notează valoarea Cp. Valoarea lui D este aceeaşi. Se calculeaza 1

QD

. Cum

sint in general factorii de calitate ai condensatoarelor (vezi cursul de CCP) ?Cum sunt valorile Cs şi Cp? De ce? Se determină rezistenţa parazită a condensatorului: se trece în modul de

afişare MODE - C/R şi se determină valoarea rezistenţei pentru modelul serie (Rs).

b) măsurarea inductanţelorSe măsoară inductanţa existentă la masă. Se trece în modul MODE ->

L/Q şi se măsoară pentru inductanţă modelul serie (Ls şi Q), (CIRCUIT->SERIES), şi modelul paralel (Lp şi Q), (CIRCUIT -> PARALL). Se calculează valoarea factorului de calitate Qcalc din relaţia de legătură între Ls şi Lp.

Se măsoară valoarea rezistenţei pentru modelul serie Rs.Cum sunt, în general, valorile Q uzuale la bobine faţă de cele de la

condensatoare (nu ne referim la cazuri speciale)?Se măsoară bobina (MODE -> L/Q, CIRCUIT->SERIES), la

frecvenţele 2 10f kHz , 3 33f kHz , 4 66f kHz , 5 100f kHz . Ce se întâmplă cu valoarea bobinei? Explicaţi rezultatele obţinute.

4. Măsurarea unui grup RC Se măsoară un grup RC serie. Pentru aceasta, pe placa de test, se

conectează condensatorul de valoarea cea mai mica disponibila la masa (sute de pF) în serie cu rezistenţa care are valoarea apropiată de 1kΩ. Se procedează ca la punctul 3, la măsurarea condensatoarelor. Frecvenţa de lucru va fi de 1kHz (valoarea implicită). Se determină elementele modelului serie (Cs, D) şi ale modelului paralel (Cp, D). Se calculează factorul de calitate Q1 al grupului din relatia (1) de trecere de la modelul serie la modelul paralel. Se compară cu

valoarea măsurată (1

QD

).

Se modifică frecvenţa la valoarea 100kHz. Se măsoară valorile Cs, D. Ce se întâmplă cu valoarea condensatorului, Cs? Se conectează sondele de măsură la bornele rezistenţei, se trece în modul MODE -> L/Q şi se notează valoarea indicată pentru L (frecvenţa va fi tot 100kHz). Cum se explică variaţia valorii măsurate pentru condensator la măsurătoarea anterioară?

5. Măsurarea rezistenţelor cu ajutorul punţii de curent continuu

a) echilibrarea punţiiSe realizează pe macheta de laborator o punte de curent continuu.

Valorile propuse pentru 1R , 2R , 3R sint apropiate de respectiv 1kΩ, 10kΩ şi 10kΩ. Valorile exacte ale rezistenţelor se vor măsura cu ajutorul LCR metrului ca la pct. 1. Rezistenţa 4R este un potenţiometru cu valoare nominală 1k . Una din diagonalele punţii se alimentează de la sursa de tensiune continua, iar cealaltă diagonală se conectează la multimetrul numeric (având funcţia de voltmetru de curent continuu selectată).

În figura 7 este reprezentat şi modul (o variantă posibilă) de a realiza puntea din figura 3 pe placa de test. De exemplu, firele din dreapta pot folosite pentru conectarea voltmetrului (intrare flotantă – nici una din bornele de intrare nu e conectata la carcasa), iar firele din stînga pentru conectarea sursei. (Unele surse de tensiune au ieşire neflotantă – borna de masa este legata la impamintare). Observaţi că dacă s-ar folosi atit sursa, cit si voltmetru neflotant (cum este de exemplu milivoltmetrul de c.a. cu intrare BNC) masa ar apărea în punctele 1,4 (sau 2,4) din fig. 3, scurtcircuitând o rezistenţă.

- Se desenează schema puntii realizate, notînd rezistentele alese şi valorile lor măsurate, şi poziţiile cele 2 diagonale (1-2 si 3-4). Dacă nu scrieţi valoarea măsurată deasupra fiecărei rezistenţe, nu veţi mai putea distinge cele 2 rezistenţe de 10K între ele!

- Se va aduce puntea la echilibru prin reglarea potenţiometrului până când indicaţia voltmetrului va fi zero (sau valoarea cea mai mică ce se poate obţine prin reglarea potenţiometrului).

- Se deconecteaza potentiometrul si se măsoară cu ajutorul LCR metrului valoarea potenţiometrului la echilibru, R40.

Fire pentru conectare voltmetru. (voltmetrul are intrare flotantă)

Fire pt. conectare la sursa (conectare cu fir de masă)

Fig.7 . Placa de test Realizarea punţii Wheatstone pe

placa de test

Grup de gauri conectate impreuna pe orizontala

Grup de 5 gauri conectate intre ele pe verticala

- Se compară valoarea măsurată pentru potenţiometru (la echilibru) cu valoarea de echilibru calculată cu relaţia de echilibru a punţii de cc (4) pe baza valorilor măsurate ale rezistenţelor.

b) determinarea configuraţiei pentru care sensibilitatea este maximăRelatia (4) este aceeaşi indiferent de diagonalele în care se conectează

voltmetrul şi generatorul. Se urmareşte determinarea experimentală a diagonalei care asigură sensibilitate maximă.

Pentru configuraţia deja realizata pe placă, se variază uşor potenţiometrul până când voltmetrul indică Ud1=20mV. Se inverseaza apoi voltmetrul cu sursa de semnal (prin conectarea voltmetrului pe diagonala 3-4 şi a sursei pe diagonala 1-2 şi, fără a mai modifica valoarea potenţiometrului, se citeşte indicaţia voltmetrului Ud2, care va fi diferită de Ud1. Care configuraţie este mai sensibilă? Justificare.

Se calculează teoretic raportul puntii A (relatia (5)) si sensibilitatea S (relaţia (6)) pentru cele două situatii, A1-2 , S1-2, A3-4, S3-4 . În care caz sensibilitatea calculată e mai mare? Se compară cu determinările experimentale.

Întrebări pregătitoare1. Pentru o bobină se măsoară Lp=400mH şi Q=50, la frecvenţa f=1kHz. Să

se determine rezistenţa Rp şi valoarea bobinei pentru modelul serie, Ls.2. Să se calculeze factorul de calitate pentru un grup RC serie având

Cs=10nF şi Rs=50Ω, la frecvenţa 1kHz.3. Să se calculeze factorul de calitate pentru un grup RC paralel având

Cp=10nF şi Rs=1MΩ, la frecvenţa 1kHz.4. Pentru o bobină se măsoară Ls=10mH şi Q=10, la frecvenţa f=1kHz. Să se

determine rezistenţa Rs şi valoarea bobinei pentru modelul paralel, Lp.5. Pentru un condensator se măsoară Cs=200nF şi Q=1000, la frecvenţa

f=10kHz. Să se determine rezistenţa Rs şi tangenta unghiului de pierderi, D= tg .

6. Se măsoară o rezistenţă folosind conexiunea bipolară (doar două terminale). Valoarea rezistenţei este R=50Ω. Rezistenţa cablurilor este de 0,5Ω. Să se determine eroarea sistematică făcută la măsurarea rezistenţei.

7. Pentru puntea din figura 6 să se calculeze rezistenţa Rx şi sensibilitatea punţii.

R3=5k R1=1k

R2=2k Rx

Figura 6

R3=16k R1=8k

R2=10k

Rx

Figura 5

8. Pentru o impedanţă inductivă se măsoară Lp=202mH şi Ls=200mH. Să se

determine factorul de calitate al impedanţei.9. Să se arate că S are aceeaşi valoare, indiferent de modul în care este

definit raportul punţii 1

2

RA

R sau 2

1

RA

R

10.Pentru o punte Wheatstone, tensiunea de dezechilibru are valorile

1 4.111mV pentru 1,011 KdU R

1 4.211mV pentru 0,989 KdU R Să se determine valoarea rezistenţei R40 pentru a aduce puntea la echilibru.

11. Să se stabilească diagonala în care trebuie conectat voltmetrul pentru maximizarea sensibilităţii punţii din figura 5.

Fişă laborator 13

1. Măsurarea rezistenţelor folosind LCR metrul

R1=.............. ΔR1=................. R1[%]=.................R2 =.............. ΔR2=................ R2[%]=.................R3 =.............. ΔR3=................ R3[%]=.................

2. Măsurarea rezistenţei unui cablu

a) Rcuadri=.............. b)Rbipolar=................. De ce difera ?

c) Rfire legatura=.............. ΔR = Rcuadri - Rbipolar=.................Ce relaţie este între rezistenţa firelor de legătură şi ΔR?

d) Rcablu corecţie= Rbipolar -Rfire legatura=.......... Rcablu[%]=(Rcablu corecţie /Rcuadri)·100=.........Explicaţii:

3. Măsurarea unor condensatoare şi bobine

a) Cs=.............. D=................. Q=1/D=........... Cp=.................Explicatii:

Rs=..............

b) Ls=.............. Q= ............. Lp=.............. Qcalc= ......... Rs= ..........Observatii:

f(kHz) 10 33 66 100

L (măsurat)

Explicaţii:

4. Măsurarea unui grup RC

f=1kHz:Cs=.............. Cp=.................D=............... Q=.................. Q1=..................

f=100kHz:Cs=.............. D=................. L=.................

Explicaţii:

5. Măsurarea rezistenţelor cu ajutorul punţii de curent continuu

Desenati puntea, notati rezistentele si diagonalele:

a) R1 = ........... R2 = ........... R3 = ...........

R 40 măsurat=................ R40 calculat=................

b) Ud1=20mV (Voltmetrul în diag. 1-2) Ud2=............... (Voltmetrul în 3-4)

Diagonala de sensibilitate maximă experimentală=..................

A1-2 =.............. S1-2=................ A3-4 = ............... S3-4=................

Diagonala de sensibilitate maximă teoretică=.................

masurari electronice si traductoare

Documents