Laboration - Va xelstro mskretsar

Storlek: px

Starta visningen från sidan:

Download "Laboration - Va xelstro mskretsar"

Fredrik Eriksson
för 5 år sedan
Visningar:

1 Laboration - Va xelstro mskretsar 1

2 Introduktion och redovisning I denna laboration simuleras spänning och ström i enkla växelströmskretsar bestående av komponenter som motstånd, kondensator, och spole. Uppgifterna i laborationen simuleras med programmet OrCAD eller likvärdig programvara. Laborationen redovisas i första hand enligt lärarens anvisningar. Normalt är redovisningen en rapport som ska för alla uppgifterna innehålla kopplingsschema (samt foto), teoretiska beräkningar och resultat från mätningen/simuleringen (foto, skärmdump, oscilloskop-bild) som visar hur du gjort mätningen/simuleringen. Tabellerade resultat bör följa de mallar som visas i uppgifterna nedan. Beräkningar kan skrivas direkt i ordbehandlar-mjukvaran eller också skrivas för hand och scannas/fotas in i dokumentet. Spara gärna rapporten i pdf-format. Material Simuleringsprogramvaran OrCAD eller likvärdig programvara. Uppgift 1 spänningsdelare med två motstånd I denna uppgift ska utsignalen från en spänningsdelare bestående av två resistorer studeras, se figur 1. En periodisk sinus-signal ska användas som inspänning (U in) till kretsen. Utspänningen (U ut) blir också en periodisk sinus-signal med samma frekvens. Välj R 1 = 2R 2 inom storleksorningen 1 kω 1 kω. R1 R2 Figur 1. Spänningsdelare med två motstånd. 2

3 a) Ta fram den teoretiska överföringsfunktionen H(jω) = U ut/u in för kretsen, där ω = 2πf är vinkelfrekvensen. Därefter, räkna fram amplitudförhållandet, dvs beloppet H(jω) samt fasen φ(h(jω)) som visar hur U ut är fasvriden i förhållande till U in. b) Rita upp kretsen. Använd VSIN som källa för insignalen och ställ in så att amplituden på U in är 5 V för två olika fall med frekvenserna f = 2 Hz och 1 khz. c) Simulera genom att göra ett tidssvep på lämpligt antal perioder för respektive frekvens. d) Ta fram diagram över U in och U ut till storlek (amplitud) och fas (relativt U in) vid frekvenserna f = 2 Hz och 1 khz. e) Redovisa schema, simuleringsinställningar och diagram för de två fallen. f) Fyll i tabellen nedan med simulerade samt teoretiska värden. g) Rita visardiagram över U ut och U in med strömmen genom R 1 och R 2 som riktfas. H(jω) φ 2 Hz 1 khz Mätning Teori Mätning Teori Uppgift 2 spänningsdelare med två kondensatorer I denna uppgift ska utsignalen från en spänningsdelare bestående av två kondensatorer studeras. Se figur 2. (OBS! När du simulerar kretsen nedan så kan det krävas, pga OrCADs algoritm, att man kopplar ett mycket stort motstånd parallellt med C2.) C1 C2 Figur 2. Spänningsdelare med två motstånd. a) Ta fram den teoretiska överföringsfunktionen H(jω) = U ut/u in för kretsen. Därefter, räkna fram amplitudförhållandet, dvs beloppet H(jω) samt fasen φ(h(jω)) som visar hur U ut är fasvriden i förhållande till U in. Välj ett värde på C 1 så att överföringsfunktionen får samma värde som i uppgift 1 då C 2 = 1 nf. 3

4 b) Rita upp kretsen. Använd VSIN som källa för insignalen och ställ in så att amplituden på U in är 5 V för två olika fall med frekvenserna f = 2 Hz och 1 khz. c) Simulera genom att göra ett tidssvep på lämpligt antal perioder för respektive frekvens. d) Ta fram diagram över U in och U ut till storlek (amplitud) och fas (relativt U in) vid frekvenserna f = 2 Hz och 1 khz. e) Redovisa schema, simuleringsinställningar och diagram för de två fallen. f) Fyll i tabellen nedan med simulerade samt teoretiska värden. g) Rita visardiagram över U ut och U in med strömmen genom C 1 och C 2 som riktfas. H(jω) φ 2 Hz 1 khz Mätning Teori Mätning Teori Uppgift 3 spänningsdelare med ett motstånd och en kondensator I denna uppgift ska utsignalen från en spänningsdelare bestående av ett motstånd och en kondensator studeras. Se figur 3. (OBS! När du simulerar kretsen nedan så kan det krävas, pga OrCADs algoritm, att man kopplar ett mycket litet seriemotstånd före C3.) C3 1n R3 1k Figur 3. Spänningsdelare med en resistans och en kapacitans. a) Ta fram den teoretiska överföringsfunktionen H(jω) = U ut/u in för kretsen. Därefter, räkna fram amplitudförhållandet, dvs beloppet H(jω) samt fasen φ(h(jω)) som visar hur U ut är fasvriden i förhållande till U in. b) Rita upp kretsen. Använd VSIN som källa för insignalen och ställ in så att amplituden på U in är 5 V för frekvenserna f = 5, 3, 1, och 5 Hz. c) Simulera genom att göra ett tidssvep på lämpligt antal perioder för respektive frekvens. d) Ta fram diagram över U ut till storlek (amplitud) och fas (relativt U in) vid frekvenserna f = 5, 3, 1, och 5 Hz. h) Redovisa schema, simuleringsinställningar och diagram för de olika fallen. 4

5 e) Fyll i tabellen nedan med simulerade samt teoretiska värden. f) Rita visardiagram som gäller för alla frekvenserna. Ta U in som riktfas. Varför är det praktiskt? amplituden på U in amplituden på U ut H(jω) φ 5 Hz 3 Hz 1 Hz 5 Hz g) Kretsen ovan är ett passivt filter med uppgift att filtrera bort vissa signaler. Filtret har en gränsfrekvens definierad så att amplitudförhållandet är 1/ 2 och fasen 45 grader. Bestäm gränsfrekvensen för kretsen. Bestäm vilken typ av filter det är, dvs vilken funktion den har. Motivera ditt svar. Uppgift 4 spänningsdelare med ett motstånd och en spole I denna uppgift ska utsignalen från en spänningsdelare bestående av ett motstånd och en spole studeras. Istället för en ideal spole ska en verklig spole studeras. För den verkliga spolen antas att den består av en liten lindningsresistans utöver induktansen. Se figur 4. spole r L R1 Figur 4. Spänningsdelare med en resistans (R 1) och en spole med resistans (r) och induktans (L). 5

6 a) Rita upp kretsen välj t.ex. r = 1 Ω, L = 2 mh, R 1 = 22 Ω. Ställ in VSIN så att amplituden på U in är 5 V vid frekvensen f = 2 Hz. b) Simulera genom att göra ett tidssvep på lämpligt antal perioder. c) Ta fram diagram över U ut (dvs U R1 spänningen över R 1) till storlek (amplitud) och fas (relativt U in) vid frekvensen f = 2 Hz. d) Redovisa schema, simuleringsinställningar och diagram. e) Rita visardiagram över alla spänningar (U in, U R1, U L, Ur och U spole) med strömmen som riktfas. f) Med de simulerade värdena för U ut (amplitud och fas) beräkna spolen induktans (L) och resistans (r) ur visardiagrammet. 6

Relevanta dokument

VÄXELSTRÖM SPÄNNINGSDELNING

UMEÅ UNIVERSITET Tillämpad fysik och elektronik Agneta Bränberg Patrik Eriksson (uppdatering) 1996-06-12 uppdaterad 2005-04-13 VÄXELSTRÖM SPÄNNINGSDELNING Laboration E10 ELEKTRO Personalia: Namn: Kurs: