09 Přechodné děje v RC obvodu

Přechodné děje v RC obvodu

Úkol –

• Zobrazte přechodný děj v obvodu RC při buzení obdélníkových vstupním signálem

• Měřením určete časovou konstantu obvodu RC

• Naměřené hodnoty ověřte výpočtem

Teoretický úvod –

Přechodným dějem nazýváme fyzikální děj, který vzniká při přechodu el. obvodu z jednoho ustáleného stavu do druhého ustáleného stavu. V ustáleném stavu jsou el. obvodové veličiny popisující jeho stav – napětí, proudy, energie – konstantní (stejnosměrný ustálený stav), nebo jsou periodickou funkcí času (harmonický ustálený stav). Přechodné děje vznikají v el. obvodech připojováním nebo odpojováním zdrojů, změnou topologie obvodu nebo změnou parametrů obvodových prvků.

Schéma zapojení –

Použité vzorce –

[V] (9.1)

[V] (9.2)

[V] (9.3)

Sériový obvod RC

1. Připojení zdroje

[V] (9.4)

[V] (9.5)

1. Zkratování obvodu

[V] (9.6)

[V] (9.7)

kde je =RC - časová konstanta [s]

U - napětí stejnosměrného zdroje [V]

Sériový obvod RL (reálná L)

1. Připojení zdroje k obvodu

[V] (9.8)

[V] (9.9)

1. Zkratování obvodu

[V] (9.10)

[V] (9.11)

kde je RC=R+RL - celkový odpor obvodu [Ω]

=L/RC - časová konstanta obvodu [s]

Pracovní postup –

Názornou představu o fyzikálních poměrech při zkoumání přechodných dějů lze získat zobrazením časových průběhů napětí a proudu na osciloskopu. Protože je jednodušší zachytit periodické průběhy, byl použit zdroj periodického napětí obdélníkového průběhu. Funkci generátoru i dvoukanálového osciloskopu bude zastávat přístroj Unima. Zkoumat budeme přechodný děj v sériovém obvodu RC.

Časovou konstantu obvodů můžeme zjistit graficky pomocí tečny k časovým průběhům napětí nebo proudů v obvodu. Příkladem může být určení časové konstanty z nabíjecí (obr. 9-2) a vybíjecí (obr. 9-3) křivky napětí na kondenzátoru v obvodu RC. Hodnotu lze snadno odečíst jako dobu, za kterou napětí na kondenzátoru vzroste (resp. poklesne) na hodnotu 0,632 (resp. 0,368) násobku maximální hodnoty, což plyne ze vztahů (9.5) a (9.7).

1. Připojte RC obvod zapojený podle (obr. 9-4) k měřícímu přístroji Unima. Na vstupní bránu obvodu připojte generátor (OUT) a na vstup IN2, na výstupní bránu pak vstup IN1 přístroje Unima. Dodržte připojení zemnícího přívodu (zelená nebo modrá svorka) na společný uzel. Na vstup obvodu bude přiváděn obdélníkový sig. s amplitudou U=700mV.

2. Přístroj přepněte do režimu Osciloskop. Na generátoru nastavte obdélníkový průběh výstupního sig. s kmitočtem 1kHz, amplitudou 350mV (Um) a stejnosměrným posunem 350mV (Us). Synchronizaci osciloskopu nastavte na Triger: Chan2, Rise – nástupná hrana je v t=0; zvolte měřítko napěťové osy pro oba kanály 0,1 V/div. Zobrazené průběhy vstupního napětí a napětí uC(t) na kondenzátoru vytiskněte.

3. Pomocí kurzoru změřte časovou konstantu m podle výše uvedeného postupu (obr. 9-2, 9-3). Dále změřte okamžité hodnoty napětí uC(t) pro čas t=0,5m a t=2m od nástupné hrany vstupního signálu (nabíjení C, odpovídá přepnutí spínače v obr. 9-1 do polohy 1) a od sestupné hrany vstupního sig. (vybíjení C, odpovídá přepnutí spínače v obr. 9-1 do polohy 2). Hodnoty zapište do tab. 9-1. Při měření od sestupné hrany je výhodné přepnout synchronizaci osciloskopu na Triger:Fall – sestupná hrana je v t=0;

4. Přepojte CR obvod podle obr. 9-5, vstupní brána je připojena ke generátoru (OUT) a zároveň na vstup IN2, výstupní brána na vstup IN1. Zobrazené průběhy vstupního obdélníkového napětí a napětí uR(t) na odporu vytiskněte. Poznamenejme, že zobrazený průběh odpovídá průběhu proudu obvodem, uR(t)≈i(t).

5. Podobně jako v bodě c) zjistěte okamžité hodnoty napětí uR(t) pro čas t=0,5m a t=2m od nástupné hrany napětí uG(t) a zapište je do tab. 9-1. Zapište si hodnoty součástek R, C.