Oskilloskooppi
Transcription
Oskilloskooppi
Rauman Lyseon lukio, fysiikan harjoitustyöt Työn tekijät: _______________________________________________________________________________________ Työ tehty (pvm): _____________ Hyväksytty: __________________ (pvm,ope) OSKILLOSKOOPPITYÖ Työn tarkoituksena on tutustua oskilloskooppiin sekä PC oskilloskoopin ja sen sisältämään signaaligeneraattorin käyttöön. Oskilloskooppia voi käyttää ajan suhteen muuttuvien jännitteiden tutkimiseen. Teoriaa: Virtapiirin (käämin) induktanssi L kuvaa piirin (käämin) itseinduktiokykyä eli kykyä vastustaa virran muutosta ajan suhteen, induktanssin yksikkö [L] = H (Henry). Muuttuva virta käämissä aiheuttaa muuttuvan magneettikentän mikä taas puolestaan Lenzin lain mukaan aiheuttaa induktiojännitteen minkä suunta on sellainen että sen aiheuttama magneettikenttä pyrkii vastustamaan ko. muutosta. Induktiivinen reaktanssi XL kuvaa induktiivisen kuorman (käämin) kykyä vastustaa vaihtovirran kulkua virtapiirissä. XL = ωL = 2πfL, [XL] = Ω , (1) Vaihtovirtapiirissä virran ja jännitteen välille saattaa syntyä ns. vaihe-ero eli toinen suureista saavuttaa huippuarvonsa ennen toista. Vaihe-ero ϕ voidaan laskea seuraavasti: 𝛥𝑇 𝑇 φ = 360° (ΔT = huippujen välinen aika ero, T = jaksonaika) (2) Jos vaihtovirtapiirissä on pelkästään resistanssia ja induktanssia (RL-piiri) niin vaihe-ero voidaan 𝑋𝐿 laskea seuraavasti: tan ϕ = , (3) 𝑅 Tarvittavat välineet: Oskilloskooppi, Tietokone, PC oskilloskooppi, oppilastyövirtalähde, yleismittari, 22 Ω:n vastus, diodi, 1200 r käämi, rautasydän, johtimia ja hauenleukoja. HUOM! Pyydä valvojaa tarkistamaan kaikki töiden kytkennät ennen kuin kytket virran. Työ 1. Kytke oppilastyövirtalähde vaihtojännitteelle (AC) ja säädä jännitteeksi 2 V, kytke 22 Ω:n vastus virtalähteeseen. Mittaa yleismittarilla vastuksen päiden välinen jännite U = _____________ Laita oskilloskooppi päälle ja kytke yleismittarin tilalle oskilloskooppi. Etsi signaali ja tulkitse siitä huippujännitteen arvo sekä vaihtojännitteen taajuus. uh = _____________, f = _____________ Käynnistä tietokone ja kytke PC oskilloskooppi tietokoneen USB väylään, käynnistä oskilloskoopin ohjelma (Pclab200). Kytke vastuksen navat johtimilla oskilloskoopin kanavaan 1 (CH1). Kytke virtalähde päälle ja etsi ohjelmalla jännitteen kuvaaja näyttöön. Tulosta kuvaaja ja tulkitse siitä huippujännitteen arvo sekä vaihtojännitteen taajuus. uh = _____________, f = _____________ Miksi huippujännite poikkeaa yleismittarin näyttämästä jännitteestä? _______________________ ________________________________________________________________________________ Kytke diodi sarjaan vastuksen kanssa, kytke vastuksen navat edelleen oskilloskoopin kanavaan 1, kytke virtalähde päälle ja etsi jännitteen kuvaaja. Tulosta kuvaaja. Selvitä mistä kuvaajan muoto johtuu? Kokeile samaa myös tavallisellakin oskilloskoopilla. ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ Työ 2. Mittaa yleismittarilla käämin resistanssi RL = ____________ Kytke RCA johdin oskilloskoopin signaaligeneraattoriin, yhdistä käämin toinen napa johtimella ja hauenleualla RCA johtimeen, kytke käämi ja vastus sarjaan. Kytke vastuksen navat oskilloskoopin kanavaan 1. Säädä signaaligeneraattoriin 5,0 V:n kanttiaalto (Sqr) jännite jonka taajuus on 50 Hz. Etsi signaali näkyviin. Suurenna taajuutta vaiheittain aina 1000 Hz:iin saakka. Mitä kanttipulssin muodolle tapahtuu taajuuden kasvaessa? Mistä ilmiö johtuu? ________________ ________________________________________________________________________________ Säädä signaalin taajuus takaisin 50 Hz:iin. Työnnä rautasydän käämin sisään. Miten kanttipulssin muoto muuttuu? Mistä ilmiö johtuu? __________________________________ ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ Ota rautasydän pois käämistä. Kytke oskilloskoopin kanavan 2 + -napa siihen käämin napaan johon signaali tulee (oskilloskoopin kanavan 1 maa toimii kummankin kanavan yhteisenä maana). Säädä signaaligeneraattori 5,0 V:n sinimuotoiselle (Sine) jännitteelle jonka taajuus on 500 Hz. Etsi molempien kanavien signaalit näkyviin samanaikaisesti kuvaruudulle ja tulosta mahdollisimmin hyvin tulkittavissa oleva kuvaaja. Oskilloskoopin kanavan 1 signaali edustaa piirissä kulkevaa virtaa ja kanavan 2 signaali käämin jännitettä. Kumpi signaaleista on edellä (saavuttaa huippuarvonsa ajallisesti ensin)? ____________________________ Määritä virran ja jännitteen välinen vaihe-ero ϕ asteina. (kaava 2) ϕ = __________ Määritä seuraavaksi käämin induktanssi L vaihe-eron avulla (kaavat 1 ja 3), Huomioi että R on piirin kokonaisresistanssi. R = Rv RL = __________ L = ____________ Vertaa saamaasi induktanssin arvoa käämissä ilmoitettuun arvoon ja laske virhe prosentteina. Lkäämi = ____________, virhe : _________________ Omia huomioita työstä ja mahdollisista virhelähteistä: ____________________________________ ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________