UNIVERZITA
*O*LOVA
V PRAZE
Fok u lto matemotic*o.fyzikó|ní
FYzikólní Proktikum l!. E|ektřino o mognetismus
Do c . R N Dr . Romon Bokule, CSc. Doc. R.NDr.J|ří Šternberk,CSc.
sTATNl
PEDAGoGlcKÉ PRAHA
NAKt.ADArelsrvl
UNIVERZITA
KARLOVA
V PRAZE
Foku |to motemotick o.fyzikó| ní
FYzikólní Proktikum ll. Elektřino o mognetisrnus
D o c . R N D r . R o m o n B o k u l e ,C S c . CSc. Do c . R N Dr . Jiří Šter nber k,
sTATNl
PEDAGoGtcxÉ PRAHA
NAKLADATELsTVl
PŘE0MLuVA
5 k r Í p t a j s o u u r č e n a p ř e d e v š í m p o s l u c h a č ů mf y z i k í 1 n í c h o b o r ů m a t e m a uK jako návod k měřenÍ ú1oh v zák1adním praktiku fakulty ticko-fyziká1nÍ J. BroŽe a kolektivu a m a g n e t i s m u . J s o u d o p } ň k e mk e k n i z e z elektřiny '' Zák1ady fyz1ká}nÍch měření '' 1. dÍ1 vyšeI ve Státním pedagogic, jejÍŽ Na rozdí1 k é m n a k l a d a t e I s t v í v n o v é mp ř e p r a c o v a n é m v y d á n í v r o c e 1 9 8 ] od této knihy jsou ve skriptech uváděny jen závěry teorie měřícÍch metod a h1avnÍ pozornost je věnována popisu experimentu prováděného v praktiku. Je zřejmé, že Iepší přeh1ed o zařazenÍ jednot1ivých měřÍcích metod do ce1kovéhokontextu experlmentá1nÍch metod z e1ektřiny a magnetismu získá pos1uchač ze studia
citované učebnice. Při
měřenÍ v praktiku
poŽadujeme
proto od studentů znalost předepsané 1átky nejen ze skript, a1e téŽ z '' učebnice '' Základy fyzikáInÍch měření , Případně z da1šÍ doporučené 1iteratury uváděné na konci návodu k úloze. Do tohoto přepracovaného vydánÍ skript byly zařazeny návody k ú1ohám, Stejně tak i 1988/89 které byly k dispozici pro měření ve školním roce popis měření vychází z experimentá1nÍho vybavenÍ praktika v této oobě. Je pochopiteIné, že s modernizací přístrojového vybavení bude docházet k jist ý m o d c h y l k á m v ů č i t e x t u u v á d ě n é mv e s k r i p t e c h . N a t y t o o d c h y l k y b u d o u upozorněni pos1uchači buó učite1i nebo písemnýmipokyny u ú1oh. je zařazeno více ú1oh, než abso1vují posluchači během seobsahu praktik a částečně i indimestru. To má umožnit jistou variabi1itu viduá1nÍ výběr úloh pod1e zájmu studentů. óo skript
Útorry jsou ve skriptech čís1ovány přibIižně pod1e chrono1ogie výk1a. ' ' E l e k t ř i n a a m a g n e t i s m u 5 ' .. 0 b r á z k y , r o v n i c e i d o du látky v přednášce poručenou 1iteraturu číslujeme u kaŽdé ú1ohy zv1ᚍ. Pokud odkazujeme na rovnici
z jiné úlohy citujeme ji
ve spojení s číslem úlohy.
je popsána převážná část měřÍcÍch přístrojů Neopakujemezde 1átku popsanou v učebnici. V této
V druhé části skript pouŽívaných v praktiku. části skript
čísIujeme obrázky průběžně.
Text k úlohám 19
aŽ
2,
zpracoval
doc. dr.
Jiří
Šternberk, CSc,
doc. dr. RomanBakule, CSc. Autoři děkují odborné instrukostatní text torce L. Zinburgové za nakreslení obrázků do I. části skript a pečlivý přepis textu. 0dborné instruktorce J. Beranové děkujeme za nakres1ení většiny obrázků ve
II
části skript.
R. BakuIe,
-r-
J. šternberk
0bsah
Řád fyzikálního
Čast t l.
praktika
str
: Zadán! pracovních Úkolů a návody k úlohám
M ě ř e n í z á k l a d n í c h p a r a m e t r ůg a l v a n o m e t r u
10
MěřenÍ odporů
l8
L r S t u d i u m m ů s t k o v é h oo b v o d u
.22 25
. 4. Měření malých odporů ,.
MěřenÍ napětí osci1oskopem
,0
6. Měření Účiníku
,6
7. Měření indukčnosti a kapacity '
metodou přímou
44
8 . M ě ř e n Í i m p e d a n c Í r e z o n a n Č n Ím e t o d o u 9. Charakteristiky
termistoru
10. Měření eIektrické vodivosti ll.
Charakteristiky
50 ........
58
a Hal1ovy konstanty polovodiče .'....
69
dÍod
7,
T?. Termoelektronová emise 1]. Studium doutnavky
82 1.....
:......
14. Relaxační kmity
....:.
92
t5. Studium zesilovače s triodou 16. Charakteristiky
96
tranz istor'.r
101
Lt. Studium tyristoru
lfl
18. Přechodové jevy v seriovém r.RLC obvodu
.; l19 :
19. Měření s torznÍm magnetometrem ?0. MěřenÍ intenzity
2r.
86
I25
magnetického po1e batistickým
Studium hysterezních smyčekferitů
ga1Vanometrem
. ' '...
128 l]l
2 2 . M ě ř e n Í .t e p l o t n í h o p r ů b ě h u m a g n e t i c k é p o l a r i z a c e
L,7
2). Měření intenzity
l4]
magnetického pole souosých kruhových cí',ek
2 4 . Š Í r e n Íe l e k t r o m a g n e t i c k ý c h v l n
.
l48
Čast It
:
přístrojům Návodyk pouŽÍvaným
A n a l o g o v ém u l t i m e t r y 155 L57 L59 161
a) Avomet b) DU l0 c) DU 20 d) Univo
e) c 4lll t.
r62
...
L6'
Digitá1ní muItimetr G l00l.500
, . K o m p e názt o r y 166
a) Kompenzátor 0TK b) Kompenzátor L l20
r69
Ó. Elektronické voltmetry 171
a) Milivoltmetr BM 5t? ... b ) M i k r o v o l t m e t r - p i k o a m p é r m e t rB t ' {5 4 '
r12
Univerzá1nÍčítače 175 177
a) ČÍtae BM ,20 b) ČítaČ G 2001.500 6. ZapisovaČe
r80 t82
a) Dvou1iniový ptošný zapisovač IZ 4200 b) Plošný souřadnicový zapisovaČ xY 4t0l
7. 0scilografy a) Oscilograf
BM 510
b) Oscilograf
OPD 280 U
c) 0sciloskopy
řady
188 191
oPD 600
d) Ovoukaná1ovýosci Ioskop
8. Most
184
E0 21,
...
I
19'
197
MTt{
9. Q - metr
"
200
BM ]11 G
l0. Zdroje napětí 203 204
a) Zdroj 0P 280 45 Aritma b) Statron 3205 lt
G e n e rá t o r y a) Generátor BM ]44 b ) G e n e r á t o r o y BtÍi492 a c ) Generátor BM 524
206 208 209
BM 519
-6-
ŘÁD
l)
FYzIKÁLNÍH0
PozdnÍ započetÍ práce v praktiku
PRAKTIKA
se hodnotí jako neomIuvená absence.
2) VrchnÍ oděv a tašky si I z e u z a m k n o u t.
posl.uchači uk1ádají do skříněk na chodbě, které
] ) V mÍstnostech praktika
n e n Í p o s l u c h a č ů md o v o l e n o k o u ř i t .
4 ) N ě k t e r é z p o m ů c e ks e v y d á v a j Í n a p o t v r z e n Í . P o t t k o n Č e n Í měřenÍ 3e nutno je v pořádku vrátit. Zjištěné závady je nutno ihned ohIásit' Šxooy způsobené hrubou nedbalostÍ musí pos1uchačÍnahradj.t. 0 způsobu náhrady rozhoduje vedoucí kursu praktika. 5) Po skončení měřenÍ je každý posluchač povinen řádně uklidit nÍ místo.
své pracoV-
s ) P ř e d z a p o č e t Í mk u r s u p r a k t i k s e k a Ž d ý p o s l u c h a č m u s Í s e z n á m i t s bezpečnostnÍmi předpisy o prácÍ s e]'ektrickými zařÍzenÍm1 ( ČsH ]4]100 aŽ , 4 ) I 0 6 ) . Z t ě c h t o z n a l o s t Í j e k a Ž d ý p o s J " u c h a čp ř e z k o u š e n t e s t e m p r o v á děným v
l.
semestru studia.
7) Z cjťrvodu b e z p e č n o s t i p r á c e j e n u t n o b e z p o d m í n e Č n ěc J b á t v š e c h o ř Í k a z Ů dozÍrajÍcÍch učitelů. E1ektrické zdroje lze připojit jen se souh1asem .
učite1e, který svůj souhlas potvrdÍ podpisem v záznamech pos1uchače. P o u k o n č e n é mm ě ř e n Í z k o n t r o I u j e d o z í r a j Í c Í u č i t e t s t a v p ř Í s t r o j ů .
3 ) P o s l u c h a č i m u s í k a Ž d o uz Ú l o h p ř e d e m ř á d n ě p r o s t u d o v a t a s e z n á m i t se 5 pracovnÍm ÚkoIem. KaŽdý posluchač je povinen předem Vypracovat písemnou přÍpravu tak, aby moh1 úIohu absolvovat bez pouŽití skript, učebnic apod. Není dovoIeno no5it učebnice a skripta do mÍstnosti. praktika. Pí-
semná přÍprava se Vypracovává na volné listy formátu A4 Její součástí jsou připravené tabutky pro zápis výsIedků měřenÍ. Pokud posIuchač nebud e m Í t p Í s e m n o up ř Í p r a v u v y p r a c o v á n u , n e b u d e m u d o v o l e n o ú l o h u změřit a bude to považováno za neomIuvenouabsenci.
9) V praktÍku se přímo u úIoh průběŽně kontro1uje znalost přís1ušných měřÍcích metod a toho úseku přednášené látky, který se vztahuje k dané
úloze. Pokud pos1uchač nebude na Úlohu řádně připraVen, nebude mu dovo1eno Ú1ohu Vypracovat a bude to povaŽováno za neomluvenou absenci.
-
7-
l0)
Výs}edky měřenÍ se zapisují
perem na voIné 1isty
formátu
A4
Po
s k o n č e n é mm ě ř e n í z k o n t r o I u j e d o z í r a j í c í u č i t e I s t a v p ř í s t r o j ů a p r o v e dený pracovnÍ zápis. NeshIedá-Ii závady či nedostatky, potvrdÍ zápis si pos1uchač nechá označit razítkem p o d pisem učiteIe a rezítkem praktika nebuZápisy neoznačené
svýrnpodpisem. Podepsaný zápi5 praktika.
dou uznávány. ll)
o absoIvované Úloze vypracujÍ posluchači s použitÍm vIastnÍch Referáty jsou výsIedků měření na VoIné ne1inkované listy formátu A4 Referát
ukIádány v praktiku. spoIu se záznamy o výsledcÍch měřenÍ odevzdají pos1uchači' v praktiku nejpozději do týdne, abY referáty mohly být opraveny a poslu-
l2) Referát
chači včas seznámeni s chybami, jichŽ neodevzdá referát,
se dopustili.
Kdo v tomto týdnu
nebude mu dovoleno změřit. další ú1ohu a bude to po-
v a Ž o v á n o z a n e o m l u V e n o ua b s e n c i ' I]) KaŽdý posluchač je povinen vypracoVat předepsaný počet Úloh' Nejvýše t ř i Ú l o h y z a s e m e s t r 3 e m o Ž n ép o d o h o d ě s d o z Í r a j í c Í m u Č i t e I e m v y p r a ' covat v náhradním termÍnu na konc]' semestru' 0oplňování zameškan.ých v y p r a c o V á n í v Í c e Ú I o h v d o b ě u r Č e n ép r o 3ednu ÚIohu apod.) nenÍ dovo1eno. Každou jednotlivou neomluvenou absenci a případy větŠÍhopoČtu omluvených absencí řešÍ vedoucÍ kursu' re5p. vedoucÍ oddělenÍ zákIadnÍch fyzikálnÍch praktik. Úloh během semestru (např'
l4)
se udě1uje na zák}adě absoIvovánÍ předepsaného poČk1asifikuje se podle Úrovně odevzdaných referátŮ, výs1edků
Zápočet z praktika tu Úloh,
p r ů b ě ž n ék o n t r o ) ' y z n a l o s t Í
a podle aktivÍty
projevené při
měřenÍ.
Poznámka : V ý s } e d k y m ě ř e n í m o h o u p o s I u c h a Č i ' z p r a c o v á v a t v p o č Í t a č o v éu Č e b n ě , 3 e j í Ž p r o v o z n í d o b a j e o z n á m e n a v ý v ě s k o u p ř e d z a p o Č e t Í mk a Ž d é h o p r a k t i k a
-8
Čast I
zaoÁHÍ a
pnacovxÍctt
HÁvoov
x
-9-
Úxolů
ÚtoHÁu
GALVANOMETRU
PARAMETRů
ZÁKLADNÍCH
MĚŘEN.Í Pracovní úko] i.
Stanovte aperiodizační odpor
gaIvanometru.
R"p
ga1vanometru. 2. 5tanovte vnitřní odpor Ri RJ = R.o ga1Vanometrupři p r o u d o v o u n a p ě ř o V oU cit1ivost a J. Stanovte 4 . U r č e t e n e j v ě t š í m o ž n o uc h y b u m ě ř e n í a p e r i o d i z a č n Í h o o d p o r u ' v ň i t ř n Í h o o d p o r u galvanometru. a citlivosti 5 . P r o v e č t e p ř e c e j c h o v á n Í r u č k o v é h om ě ř Í c í h o p ř í s t r o j e ' 6. Výs1edky měřenÍ zpracujte do cejchovní tabu1ky a zakres1ete korekčnÍ křivku. dosud vyhovuje třÍdě přesnosti
R o z h o d n ě t e, z d a m ě ř í c Í p ř í s t r o j
stanovené
výrobcem. GaIvanometr s otočnou cívkou Pro měření ma1ých stejnosměrných proudů, případně napětí, Lze pouŽít ga1vi nometrů s otočnou cívkou. Na obr.
1. je
schematicky znázorněn přík1ad konstrukce permaPt , P ga1vanometru. Mezi póIy 2 nentního magnetu je umístěno pevné vá}co' jádro
z m ě k k é h oŽ e l e z a . V h o d n ý m t v a r r vzduchové mezery mezi jádrem a oóty magn. J
tu je vytvořeno radiáInÍ magnetické pole o konstantní indukci
B
V mezeře se ot
čí cívka pevně spojená se zrcátkem Z , která je zavěšena na tenkých pružných vIáknech 7t , Z2 . Aby se zabráni1o jejich poškození při manipu1aci s ga1vanometrem, je cívka fixována aretačním zaří zením, které není na obrázku zakres1eno. Před měřenÍmje nutno aretaci uvo1rtit.
0br Pohvbová rovnice
svstému
P ř Í s 1 u š n á p o h y b o v á r o v n i c e s y s t é m t ' rg a l v a n o m e t r u m á t v a r
'*F
* Kb
dB dt
=
KOG
(1)
K= I
Její odvození je uvedeno v článku 4.L.2.I knihy Označi}i jsme zde q 1 g a 1 v a n o m e t r U , výchy1ku t č a s , J m o m e n ts e t r v a č n o s t i . V e 1 i č i n a K o c h a r a k t e r i ; je mechanickévIastnosti závěsného vIákna, Ko tlumenÍ pohybu systému K. " si1ový moment, kter} působÍna cÍvku při průchodu proudtr. U přístrojů s otočnr cÍvkou je ve1ičin. S
K"
cívky a počtemjejích
určena magnetickou indukcí závitů
N
PlatÍ.
B
v místě cívky, p1ochou
Že
(2)
BSN
-10
P o k u d j e t l u m e n í p o h y b u c Í v k y u r č e n o p o u z e i n d u k o v e n ý mp r o u d e m , j e v c I i Č i r r a Kb rovna '., Kb=K;/R (,) Zde znanená R celkový odpor obvodu qalvanometru, který je roven součtuvnitřního R' a vnějšího R" odporu *
Ri
R"
(4)
P o h y b o v á r o v n i c e ( 1 ) j e d i f e r e n c i á 1 n í r o v n Í c Í d r u h é h oř á d u s k o n s t a n t n í m i koeficíenty. 5 tÍmto typem rovnice jste *e setkali při výkladu o hartnických k m i t e e h p ř i p ř e d n á š c e z m e c h a n i k y . Ř e š e n Ít é t o r o v n i c e j e p e r i o d i c k é n e b o a p e riodické, podle toho, je.Ii diskriminant 0 charakteristická rovnice J12
*
KbA
(5)
*Kd=$
zápotný nebo kIadný. (])
PřihIédneme-1i k rovnici
bude diskriminant
D=Kí-4JKd
0
ookud
K2
R>s {., ŘešenÍ rovnice Je-l i
(6)
-"
(1) bude v tomto případě popisovat
tlumený harmonlckýpohyb
naopak
R<s
K2 rll4
(7)
J Kd
b u d e ř e š e n í o d p o v í d a t p ř e t 1 u m e n é m ua p e r i o d i c k é m u p o h y b u , v e k t e r é m s e v ý c h y l k a systému bude b1ížit k rovnováŽné hodnotě, aniŽ by ji V m e z n Í mp ř í p a d ě b u d e p 1 a t i t
= Ks2 \1,r.'-.
překmit1a.
(8)
a s y 5 t é ms e b u d e p o h y b o v a t n e j r y c h l e j i k r o v n o v á Ž n é m sut a v u a p r á v ě h o n e p ř e k m i t .e. Tento stav se nazývá mezněaperiodtckým. Veličiny
K . , K d , J j s o u d á n y k o n s t r u k c Í s y s t é m ue b e z z á s a h u d o n Í j e n e I z e o v 1 i v n i t . P r á v ě t a k n e m ů ž e moev 1 i v n i t v n i t ř n í o d p o r R i p ř í s t r o j e . P e r i o n i c k ý č i a p e r i o d i c k ý s t a v g a 1 v a n o m e t r um ů Ž e mne a s t a v i t v o 1 b o u o d p o r u v n ě j š í h o :bvodu R" (viz(a)). 0dpor R" spolu s vnitřnÍm odporem Ri určuje celkový :dpor
R v y s t u p u j í c í v p o d m í n k á c h( 6 ) a ž ( 8 ) . 0 d p o r R" = R.p, který vyhovuje : o d m Í n c e R " p * R Í = K 3 / [ 4 J K . j n a z ý v á m ea p e r i o d i z a č n Í mo d p o r e m . P r o '.' * . o b u d e s y s t é mv p e r i o d i c k é m s t a v u , P E o R " S R " p b u d e v a p e r i o d i c k é m 3tavu.
- 11 -
t e k o u c í mg a I -
Z r o v n i c e ( l ) p I y n e p r o r o v n o v á ž n o uv ý c h y } k u p ř i p r o u d u vanometrem d=
K n ^s d
(e)
I
P 1 a t Í t e d y p ř í m á Ú m ě r n o s t m e z i p r o u d e mt e k o u c Í mc í v k o u s y s t é m ua ú h l e mp o o t o č e n systémU. MěřÍcí obvod s2 V š e c h n am ě ř e n Í p r o v á d í m ev z a p o j e n í p o d l e o b r . 2 , n a k t e r é m j a k o 5 1 . j s o u v y z n a č e n ys v o r k y 9 a l v a n o m e t r ua R i j e j e h o v n i t ř n Í o d p o r . R e z i s t o r y R 1 Rz R ] j s o u p r o m ě n n éd e k á d o v ér e z i s t o r y , p ř i č e m Žn a r e z i s t o r u R 2 n a s t a v u " j e m e ř á d o v ě l Q ' n a r e z i s t o r u R I ř á d o v ě 1 0 k Q , o d p o r R ] m ě n í m ep o d l e potřeby v rozmezí 0 aŽ lo4 Q Z m ě n o up o m Ó r u o d p o r ů R l , R 2 n a s t a v u j e m e v ý . apětí zdroje U volíme přib1iŽně 1 v c h y l k u g a 1 v a n o m e t r uN Měření aperiodÍzačního odporu VoIbou velikosti
odporů
R1
a
p ř i z a p n u t é mk 1 Í č i ! . n a s t a v í m e vhodnou výchy1ku galvanometru ( asi R2
100 mm na stupnici).
Při
zapnutÍ re
sledujeme pohyb ga vypnutí k1Íče ! v o k o 1 í rovnováŽné po1ohy vanometru nr ' resp. v okolí nulové polohy n. Postupnou změnou ve1ikosti
odporu
Í
nastavÍme takový stav v obvodu, abY překmit
značky na stupnici
přes rovt
váŽnou po1ohu by1 právě neznatelný. Bude-li
0br
odpor
Rl , bude pří R] = R.p
Rz(
tomto nastavenÍ
Měření vnitřnÍho odporu Vnitřní
odpor gaIvanometru je znázorněn odporem Ri
na obr.2.
Dě1ičen
rezistorŮ
R1 , R2 opatrně zvyšujeme napětí, aŽ ga1vanometr ukazuje zřeteIno ( n apř. 100 mm)při odporu R] = 0 výchylku Potom zvyšujeme pouze odDor n] aŽ výchylka ga1vanometruk].esne na po1ovinu (50 mm). Je-1i vnitřní odpor dě1i Rt , R2 zanedbatelný (tj. odpor paralelní neŽ R] ), je pak Ri = R]
kombinace
Rl
, R 2 , j e m n o h e mm e í
Měření citIÍvosti
C i t 1 i v o s t Í p ř Í s t r o j e C s e r o z u m Íz m ě n a v ý c h y 1 k y s y s t é m um ě ř Í c í h op ř Í j e o d p o v í d a j í c í z v o l e n é ( b ě Ž n ě j e d n o t k o v é )z m ě n ě m ě ř e n év e 1 i č i n y ' U zrcátkových ga1vanometrů m ě ř Í m ez p r a v i d 1 a v ý c h y 1 k Ú s y s t é m um e t o d o uz k a a s t u p n i c e ( v i z o b r . ] ) . Z o s v ě t l o v a c Í l a m p y j e p a p r s e k p r n a s m ě r o v á nn a cátko
Z
g a l v a n o m e t r u ,o d k t e r é h o s e o d r á ž Í n a s t u p n í c i
-L2-
S
U ga1vanometrŮ
č a s t o s t u p n i c e s o s v ě t 1 o v a c Í 1 a m p o uo d d ě l e n a o d m ě ř í c Í h o p ř Í s t r o J e . P a k J e o v š e m v e 1 i k o s t p o s u v u s v ě t e I n é s t o p y z á v i s 1 á n e j e n n a p o o t o č e n ís y s t é m us e z r c á t k e m , aIe i na vzdá1enosti stupnice od zrcátka. Pro stanovení cit1ivost1 se uvaŽuje k o n v e n ú n ív z d á 1 e n o s t ' o s t u p n i c e a z r c á t k a r o v n á t i s í c i n á s o b k u j e d n o h o d í 1 k u s t u p n i : e . J e - l i s t u p n i c e d ě l e n a p o j e d n o m m 1 1 i m e t r u j e k o n v e n č n Ív z d á l e n o s t P o k u d j e p ř i m ě ř e n í v z d á I e n o s t z r c á t k a a s t u p n i c e j i n á ; r e žk o n v e n č n í to = 1 m ( I l lo ), je nutno pro stanovení citlivosti provést přepočet podle vztahu
ao
'o ktelý
( 10)
p l y n e z p o d o b n o s t i t r o j ú h e 1 n Í k ůn a o b r . J . Z e z m ě ř e n é h op o s u v u s v ě t e 1 n é s t o py o n dÍlků při vzdálenosti postupnice a zrcátka vypočÍtáme dle (10) posuv f,o stopy pro k o n v e n č n Ív z d á l e n o s t | o Výrobci přístrojů vyjadřuj Í c i t 1 i . v o s t s r ů z n ý mr o z m ě r e m . P r o k o m p a k t n Íp ř í s t r o j e s e c i t 1 i vost udává v dílcích d na jed-
E
eq -!
n o t k u m ě ř e n év e l i č i n y . N a p ř Í k I a d proudová cÍtIivost je např. Ci= 106 d/A (nebo L dl pA ), napěŤovácittivost např. a cu = 10' d/v (nebo 100 d/ ,uv ). P r o g a 1 v a n o m e t r ys o d d ě l e n o u m i 1imetrovoustupnicÍ se místo dÍ1ků udává výchylka v mm/m ( l d = 1 m m / m ) .P r o u d o v á c í t l i v o s t
n
I
Cr = 10" d/A
Pak bude
ci = ro6 mm/m/A nebotéŽ
0br. t
I m m /n / p A Převrácená hodnota cÍtIivosti se nazývá konstanta přístroje. Je to Údaj' k t e r ý m m u s Í m en á s o b i t v ý c h y 1 k u , a b y c h o md o s t a 1 i n a m ě ř e n o uh o d n o t u . N a p ř í k I a d p ř i je konstanta přístroje citlivosti C1 = t06 o/l Lo-6 ^/d C i t 1 i v o s t g a 1 v a n o m e t r uz m ě ř í m eo p ě t v z a p o j e n { p o d l e o b r . 2 . Pokud je splněno, Že R2<< R] * Ri , bude napětí na odporu R2 ťovno u.= URz / R' O b v o d e mg a l v a n o m e t r u p o t e č e p r o u d I g " U ' l ( R i + R 3 ) . Změní-li se rovnováŽnápo1ohapři proudovácit1ivost
ci
=
N a p ě Ť o v o uc i t I i v o s t
zapnutÍ proudu 'n
(R, * Rl) Rr
no
Rz
U
o
n
dÍIků, bude
(11)
v y p o č í t á m ep o d l e v z t a h u
(r2)
ci / Ri
- 1l -
R u č k o v ép ř Í s t r o j e M ě ř Í c Í s y s t é m s o t o č n o uc Í v k o u , s e k t e r ý m j s m e s e s e z n á m i 1 i u g a 1 v a n o m e t r s e p o u Ž í v á i u r u č k o v ý c hp ř í s t r o j ů . P o h y b s y s t é m uj e o p ě t p o p s á n r o v n i c Í ( 1 ) N a c Í v k u p ů s o b ís t e j n ý s i l o v ý m o m e n t ,t a k Ž e j e s p l n ě n i v z t a h ( 2 ) . T l u m e n í p o h y b u s y s t é m uv š a k n e n í u r č e n o j e n i n d u k o v a n ý mp r o u d e m , a l e i z v ě t š e n o o v l l v o d p o r u p r o s t ř e d í ( v z d u c h u ) , k t e r 1 i p ů s o b ín a p o h y b u j í c Í s e r u č k u a k ř l d é l k o s n í s p o j e n é . B r z d í c Í k o n s t a n t a j e v ě t š Í , n e Ž b y o d p o v í d a 1 ov z t a h u ( ] ) a s y s t é m j e p r a k t i c k y v ž d y v a p e r i o d i c k é ms t a v u . C í v k a j e u l o ž e n a v 1 o Ž i s c í c h a d 1 r e k č n ím o m e n t j e r e a 1 i z o v á n s p i r á I o v ý m i p é r k y . V e 1 i č i n a K d j e u r č e n a m e c h a n i c k ý m vi 1 a s t n o s t těchto pérek. . P ř Í s t r o j e s o t o č n o uc í v k o u j s o u n e j č a s t ě j i p o u Ž Í v a n ý m si y s t é m yu r u č k o v ý c p ř í s t r o j ů m ě ř í c Í c h p r o u d a n a p ě t í . P ř 1 s t e j n o s m ě r n ý c hm ě ř ě n í c h j e v ý c h y l k a s y s . t é m uú m ě r n ám ě ř e n éh o d n o t ě ( v i z v z t a h ( 9 ) ) . M a j í p r o t o 1 i n e á r n í s t u p n i c i . A b y t n i m i b y 1 o m o Ž n om ě ř i t i s t ř í d a v é p r o u d y a n a p ě t í m u s Í b ý t v y b a v e n y u s m ě r ň o v a č e n ( o i o o o u ) . V o l t a m p é r o v ác h a r a k t e r i s t i k a u s m ě r ň o v e č en e n í I i n e á r n í , n e n í p r o t o l : neární ani stupnice přístroje pro střídavá měřenÍ. U r u č k o v ý c hp ř í s t r o j ů s e p o u ž í v a j Í i n ě k t e r é j i n é . . m ě ř í c Ís y s t é m y , p ř e d e v . pro wattmetry. 0 nich se dočtete např. v učebnici tt] š í me 1 e k t r o d y n a m i c k é 0 j a k ý m ě ř Í c í s y s t é m s e j e d n á p o z n á t e z e z n a č e k v y z n a č e n ý c hv p r a v o d o l e n a š t Í k u s e s t u p n i c í . V ý z n a mn ě k o l i k a n e j p o u ž í v a n ě j š Í c h z n a č e kj e u v e d e n v t a b . l Tab. l
Značky na měřÍcích přÍstrojÍch
m n r
M ě ř í c í s y s t é m s o t o č n o uc í v k o u
M ě ř Í c í s y s t é m s o t o č n o uc Í v k o u a u s m ě r ň o v a č e m
+
\v
MěřÍcí systém eIektrodynamický
[[c=!e)
iv
MěřÍcÍ přístroj
1,5
'. *
pro stejnosměrný i střídavý proud
V o d o r o v n áp o l o h a s t u p n i c e
l-t
se železem
0 z n a Q e n Ít ř í d y p ř e s n o s t i .
1,5
Z k u š e b n íi z o 1 a č n í n a p ě t í
1 kV
- 14 -
Qhvba a korekce přÍstroje PřÍstrojem naměřená hodnota N se zpravidla lišÍ od správné hodnoty 0dchyIce Áru říkáme absolutní chvba přÍstroje a definujeme
AH
(ll)
Známe-l'i chybu přÍstroje
Á H , m ů Ž e mnea m ě ř e n o uh o d n o t u o p r a v i . t ( k o r i g o v a t )
6 z Ískat správnou hodnotu S z ( 1). Záporně vzaté hodnotě chyby přÍstroje řÍkáme korekce (oprava) x P ř i č t e n Í mk o r e k c e
k n a m ě ř e n éh o d n o t ě z Í s k á m e s p r á v n o u hod-
notU. Plat í
(14) Korekci
přičÍtáme pochopite1ně i
Postup při
s ohIedem na znaménko.
ce.ichovánÍ
Je-li absolutnÍ chyba přÍstro3e stále jÍ určit srovnáním s pĎesnějším přístrojem.
stejná
při
opakovánÍ měřenÍ, můŽeme U vícerozsahových přÍstrojů se společnou stupnicÍ cejchujene základnÍ rozsah a u ostatnÍch rozsahů se spokojujeme cejchováním maximálnÍ výchylky. Hodnoty chyb a korekcí zjÍštujeme srovnánÍm Údajů přÍstroje cejchovaného s Údaji normá1níhopřÍstroje, kterým má být přÍstroj s pokud možnoveIkou přesnostÍ, nejméněo třÍdu 1epšÍ než přÍstroj cejchovaný. Přístroje zapojÍme pod1e přÍsIušného schématua neŽ připojÍme z d r o j n a p ě t í , n a s . t a v Í m en a v š e c h p ř í s t r o j Í c h nulové po1ohy tak, aby se ručičky kry1y s nu1tým dÍ1kem stupnice. Po připojení zdroje zvyšujeme zvoIna napětÍ nebo proud v obvodu. Na.stupnici cejchovaného přístroje nastavujeme postupně hodnoty rovné cel i s t v ý m r i d a j ů mn a s t u p n i c i ( j s o u vyznačeny de1šÍmi čárkami) a tutéŽ veIičinu p ř e s n ě m ě ř í m e n o r m á 1 n í mp ř í s t r o j e m . Po dosaŽení p1né výchy1ky na cejchovaném přÍstroji postupujeme stejně při sniŽování výchy1ky a po Vypnutí zdroje opět zap í Š e m en u l o v o u p o l o h u p ř Í s t r o j ů . Při zvyšování resp. snižování výchy1ky přÍstrojů dbáme, aby výchy1ka neustále rost1a resp. k1esa]'a. TÍm je zahrnuta v chybě přÍstroje i hystereze měřÍcÍho systému. Stane-li se, že nastaVoVanou h o d n o t u p ř e k r o č í m e ' m U s Í m es e v r á t i t dostateČně da1eko zpět a hodnotu znoVu nastaVit.
Hodnoty cejchovaného i normá}nÍho p ř Í s t r o j e č t e m ea z a p i s u j e m e d o t a b u l k y 5 maxÍmálnímoŽnoupřesnostÍ . K o r e k c i k c e j c h o v a n é h op ř í s t r o j e vzh1edem k normálnímu určímepod1e Vzorc€
k
=
L( 2
St * 52 ) - H
(15)
n:" St . 52 jsou Údaje normá1ního přÍstroje při nastavenÍ hodnoty N na cejchovaném přístroji, zvyšujeme-li a sniŽujeme.1i hodnotu měřené ve1ičiny. Je-1i
- 15 -
52 stejné nebo sobě cejchovanýpřístroj v pořádku, měly by být hodnoty sI " v e l m i b l í z k é . P ř i v ě t š Í c h r o z d Í l e c h č t e n ý c hh o d n o t v y Ž a d u j e p ř í s t r o j o p r a v u . CejchovnÍtabuIka přÍmá
MěřÍdlo : voltmetr v.č.22 854 Výrobce : Metra n.p.
Metodacejchování : Stupnice v poloze :
S y s t é m : s o t o č n o uc í v k o u Třída přesnosti : 1
Teplota laboratoře :
Správná hodnota
vodorovné oc ?2
tv]
Nastavenáhodnota
tol
zvyšovánÍ
10 20 l0 40 50 60
sniŽovánÍ 1,02 ? ro0 3,03 3,96 5,00 5,98
1,02 2,00 1,01 ,,96 5,00 5,98
Grafickým znázorněnÍm ve1ikosti korekce na hodnotě N nastavované na cej c h o v a n é mp ř í s t r o j Í d o s t a n e m e k o r e k č n í k ř i v k u . H o d n o t y m e z i k o n t r o 1 o v a n ý m i b o d y interpo1ujeme Iineárně. KorekčnÍ křivka je proto znázorněna 1omenoučarou (viz. obr.4 ) .
KorekčnÍ křivka PřÍstroj
:
voltmetr
Třída přesnosti
v.č. 22854
Měř. systém : s otočnou cívkou
NapětÍ :
c o o tt
0
o oL
CI
o-
0,5
Obr. 4
16 -
:
1
stejnosměrné
Tř í d a p ř e s n o s t i Z největšÍ opravy
k'",.
m ů Ž e m es t a n o v i t
třídu
přesnosti
přÍstroje,
Vy1rrl chybu v procentech vztaŽenou k nominá1nÍ hodnotč |4 cejchovaného rozsahu přÍstroje. Např. čÍtámemaximálnÍ relativní
kr.,
ó=
M
o'4
100 Í
60
1 o ox
0,67 %
Podle přesnosti
vyjádřené v procentech zařazujeme měřícÍ přístroje
Iika
P o d t e Č S Nn o r m y r o z e z n á v á m e t y t o
tříd
6 přesnosti.
do někrl-
přesnosti
třídy : 0,l ; l ; l,5 i 2,'; Měřidlo vyhovuje určité třÍdě přesnosti, jestliŽrl 5 i 0,5; 'teho přesnost je lepší nebo rovna uvedené třídě a horší neŽ nejb1ižŠí 1epší třírla \ . u v á d ě n é mp ř Í p a d ě b y p ř Í s t r o j v y h o v o v a 1 t ř Í d ě p ř e s n o s t i 1 0'2
CejchovánÍ vol tmetru Voltmetr lze cejchovat přesným přÍstrojem měřícÍm buč napětí nebo proud. \ prvémpřípadě zapojujeme oba přÍstroje, cejchovaný i. normáIní, para1e}ně ke z d r o j i p r o m ě n n é h on a p ě t í . M á m e - 1 i k d Í s p o z i c i p o u z e z d r o j k o n s t a n t n í h o n a p ě t Í , regulujeme napětÍ na voltmetrech potenciometrem. Volimetry zapojÍme mezi jezdce a Jeden z konců potenciometru. V o } t m e t r m ů Ž e m ec e j c h o v a t
t,éŽpo-
m o c í a r n p e r m e t r u' P o u Ž i j e n r e z a p o j e n í pod1e obr.5. Cejchovaným vo}tmetrem I
měřÍmespád napětí na eta}onu odporu R N , p ř i p r ů t o k u z n á m é h op r o u d u změřenéhonormálním ampermetrem. Připojení
na odpor RN musÍ být provedeno tak, aby přechodové odpory nezkreslova1y měřenou hodnotu. Proto má etalon
odporu čtyři svorky Vnějšími proudovými zapojujeme reObr. 5
zistor
do obvodu, na vnitřnÍ
(napě-
Ťové) připojujeme
vo1tmetr' Pokud vo1tmetru nenÍ aIespoň o tři řády větší neŽ odpor RN , musí. "re eI iminovat chybt. metody výpočtemnapětÍ podle vztahu vnitřnÍ
odpor
RV
'(Ť
ve kterém
I
1
RV
)
-1
je proud naměřený ampérmetrem
- 17 -
(16)
. e ]choVání amoérmetru A m p é r m e t r1 z e c e j c h o v a t
normáInÍmampérme-
trem nebo normálním vo1tmetrem a etaIonem odporu. V prvém případě zapojÍme obvod po., v d r u h é mp o u ž i j e m e o b v o d z a k r e s Cejchujeme-li ampérmetr Iený na obr.5 vo1tmetrem, mohou výsledek měření ov}ivnit
dle obr.6
stejné chyby jako při
cejchovánÍ voltmetru
a m o é r m e t r e m .5 p r á v n o u h o d n o t u p r o u d u t e k o u . c Í h o a m p é r m e t r e mv y p o č í t á m e z e v z t a h u
0br
u/
který
je ekvivalentní
t \
(17)
RH
Ť)
s v ý r a z e m ( 1 6 ).
L i teratura It]
BroŽ J.
a kol.:
Zákiady fyz iká1ních měřenÍ I , sPN, Praha l9B] ' staŤ 4.1.5, čl' 4,3.2.2, 4.|,4'6, 4'I.4'2, čl. 4.1.1,
MĚŘENÍ
4.1.5,
4.1.2,
4.1.6,
4.1.7
OOPORU
Pracovní tikol odpor používaných měřÍcÍch přístrojů na těch rozsazích, na kterých měřící přístroj nejvÍce ov1ivňuje výs1edek měření 2. Změřte přÍmou metodou závis1ost odporu v1ákna Žárovky na proudu, který jÍm l.
Změřte substitučnÍ metodou vnitřní
protéká. Výs1edky měření zpracujte za pokojové tep1oty.
graficky
a stanovte odpor v1'ákna Žárovky
, . Určete chyby měřenÍ. 4. Diskutujte,
nako1ik na jednotlivých
rozsazích měřÍcÍ přístroje
ov1ivňova1y
výs}edky.
Změna odporu měřícího přístroie
při
přepnutÍ rozsahu.
U měřících přÍstrojů s otočnou cÍvkou se běžně nastavuje rozsah měřícÍho p ř í s t r o j e b o č n í k e m ( a m p é r m e t r ) n e b o p ř e d ř a d n ý n o d p o r e m ( v o 1 t m e t r ) ' B o č n í k e ms e rozumí rezistor přístroje
n-krát,
para1e1ně k měřícÍmu systému. Chceme-1i zvětšit musí být odpor Rb bočníku (n-1)-krát menší než odpor
připojený
s y s t é m u.
- 18 -
rozsa R.
Rb
(1)
= Ra*
P ř 1 p ř e p í n á n í r o z s a h u a m p á r m e t r us a p r o t o m ě n Í v n l t ř n í o d p o r . R 1 o ř í s t r o J e . N e J . v ' É t š ív n l t ř n í o d p o r m á a m p é r m e t rz p r a v l d l a n a n e J c i t l 1 v ě J š Í m ( n e J m e n š í m )r o z s a h u . FtÍ přepnutÍ přÍstroJe na n.krát větší rozsah se však vnitřnÍ odpor přÍstroJe ne. z m e n š íp ř e s n ě n . k r á t , J a k b y o d p o v Í d a l o p a r a l e l n Í m u s p o j e n í o d p o r ů R b . R " v o 1 e n ý c hp o d l a v z t a h u ( 1 ) , a } e m é n ě .J e t o z p ů s o b e n ot Í m , Ž e v ý r o b c i n e n a s t a v u J Í u o u z e b o č n Í k e ma, l e k o m b i n a c í s e r l o v ě a p a r a l e l n ě ř a z e n ý c h tit}ivost ampérmetrp r e e i s t o r ů ( o d p o r o v ý md ě l i ě e m ) . R o z s a h v o 1 t m e t r ů s e m ě n Í d o s á r i e s e s y s t é m e mř a z e n ý m r e z i s t o r e m ( p ř e d ř a d . n ý mo d p o r e m R p Chceme.li zvQtšit rozsah vo1tmetrun-krát, Je nutno pouŽít p ř e d ř a d n ý o d p o r ( n . 1 ) . k r á t v ě t š í n e Ž o d p o r R u s y s t é m uv o 1 t m e t r u . Rp
=
(n-1)Ru
Q)
Z a p o j e n í mp ř e d ř a d n é h oo d p o r u s e v n 1 t ř n Í o d p o r Ri
Rp*Ru
=
Ri
,
vo1tmetru zvětší n-krát (l)
f,Rv
S u n i v e r z á 1 n Í m i m ě ř Í c Í m ip ř í s t r o j i 1 z e m ě ř i t n e j e n s t e j n o s m ě r n ý p r o u d a n a p ě t í a l e i s t ř í d a v ý p r o u d a n a p ě t Í . U s y s t é m ůs o t o č n o u c í v k o u j e v ý c h y l k a s y s t é m u Ú m ě r n á s t ř e d n Í h o d n o t ě p r o u d u p r o t é k a j Í c Í h oc í v k o u ( v i z . r o v . ( 9 ) Ú l o h y 1 ) zapoM u s í b ý t p r o t o p ř í s t r o J v y b a v e n u s m ě r ň o v a č e mz,p r a v i d 1 a d i o d a m í v m ů s t k o v é m j e n í . V o I t a m p é r o v ác h a r a k t e r i s t Í k a d i o d n e n í 1 i n e á r n í , n e n í p r o t o 1 i n e á r n í a n i s t u p n i c e p r o s t ř Í d a v é p r o u d y a n a p ě t í . S t u p n i c e j e v y n á š e n av e f e k t i v n Í c h h o d n o tách proudu a napětí. Z a ř a z e n í mu s m ě r ň o v a č e se zpravid1a změnívnitřní odpor přístroje. Ten bývá u v o I t m e t r ůn i ž š Í , u a m p é r m e t r ů v y š š Í , n as t ř Í d a v ý c h r o z s e z Í c h n e ž n a s t e j n o s m ě r ných rozsazÍch. VoItampérové c h a r a k t e r i s t i k y d i o d j s o u t a k o v é h ot y p u ( v i z ú 1 o h a l l ) , Ž e n e n í m o Ž n op o u ž Í t p ř Í s t r o j e s u s m ě r ň o v a č e km m ě ř e n í p r o u d ů a n a p ě t Í , j e ti napětÍ na svorkách přístroje podstatně nižšÍneŽ řádově
0,l v
M e t o d as u b s t i t u č n Í O b e c n éz a p o j e n í p r c r m ě ř e n í o d p o r u s u b s t i t u č n Í m e t o d o uj e z a k r e s I e n o n a o b r . 1 ' P ř i p ř e p í n a č i v p o l o z e e n a s t a v í m ep o t e n ciometrem P výchylku ampérmetruA pokud n o Ž n o v e 2 / , s t u p n i c e . P a k p ř e p n e m ep ř e p í n a č d o p o l o h y ! ' a z m ě n o uo d p o r u R N n a s t a v Í m e p ř i n e z m ě n ě n ép o l o z e j e z d c e n a p o tenciometru P tentýŽ proud ampérmetrem. Před přepnutímJe nutno se přesvědčit' Že na r e z 1 s t o r u R N j e n a s t a v e n a d o s t a t e č n ě .v e l k á Obr. I - 19 -
se nastavuje na h o d n o t a o d p o r u , a b y n e d o š I o k p ř e t Í Ž e n í a m p é r m e t r u o. d p o r R N odporovédekádě,nakterépřečtemenaměřenouhodnotu. A b y c h o mz a j i s t t 1 i d o s t a t e č n o uc 1 t 1 i v o s t p ř i m ě ř e n í j e n u t n é , a b y p r o u d v Pokud by odpor potenciometru p (přío b v o d u b y l u r č o v á n p ř e d e v š Í mo d p o r e m R
p a d n ě a m p é r m e t r u b) y l p o d s t a t n ě v ě t š Í n e Ž o d p o r R , m ě 1 i b y c h o mz d r o j k o n s t a n t n Í přesho proudu a při změně R by se proud neměnil. Přesnost měření neurčuje Jen n o s t o d p o r o v éd e k á d y R N , a l e p ř e d e v š Í mt o , P E o j a k o u n e j m e n š íz m ě n u d o k á Ž e m ez a r e g i s t r o v a t z m ě n uv ý c h y t k y a m p é r m e t r u . U t é t o ú 1 o h yu r č u j e m es u b s t i t u č n í m e t o d o uj a k é j s o u n a j e d n o t 1 i v ý c h r o z s e přístrojů' z í c h ( s t ř í d a v ý c h i s t e j n o s m ě r n ý c h )v n i t ř n Í o d p o r y j e d n o h o z m ě ř Í c í c h (pracovní úkoI 2.). x i e r ý b u d e m ep o u Ž í v a t k m ě ř e n Í o d p o r u v d a 1 š í č á s t i ú l o h y Z m ě ř e n áh o d n o t a o d R na obr.1 T e n t o m ě ř Í c Í p ř Í s t r o j z a p o j í m ej a k o r e z i s t o r p o r u b u d e o d p o v í d a t v n i t ř n Í m u o d p o r u R i p ř í s t r o j e . 0 d r u h é mp o u ž í v a n é m ě ř Í c Í m p ř í s t r o j i , k t e r ý j e s t e j n é h o t y p u , b u d e m ep ř e d p o k 1 á d a t , Ž e n á s t e j n é v n i t ř n Í o d -
pory. PouŽijemejej jako ampérmetr A k indikaci proudu. jak U n ě k t e r ý c h m ě ř Í c í c hp ř Í s t r o j ů I z e n a n e j c i t 1 i v ě j š Í m r o z s a h u m ě ř i t p r o u d t a k n a p ě t í . U p ř í s t r o j e A V o - M j e t o m u t a k n a s t e j n o s m ě r n é mr o z s a h u 1,2 mA ; 60 mV V tomto přÍpadě není nutnévnitřnÍ oópor měřit, Lze ho vypočítat p o d l e O h m o v az á k o n a R i = U / I = 6 0 m V / L , 2 m A = 5 0 Q V d a n é mu s p o ř á d á n Í ú l o h y 1 z p m e t o d o us u b s t i t u č n Í m ě ř i t o d p o r y v i n t e r v a 1 u Mimotento interval jsou vnitřfiÍ odpory přÍstroje přibliŽně od 10 do l05 Q z a p o j e n é h oj a k o a n p é r m e t rn a r o z s a z í c h 0 , 6 A a 6 A , ( j s o u m e n š Ín e ž l Q ) . na rozP ř i z a p o 5 e n Íp ř Í s t r o j e j a k o v o l t m e t r j e v n i t ř n í o d p o r v ě t š í n e ž r 0 ' Q N a t ě c h t o r o z s a z í c h s e v š a k j i Ž v l i v m ě ř Í c í h op ř í s t r o j e n a v ý s l e d e k sahu 600 V m ě ř e n í p r a k t i c k y n e p r o j e v í . P o k u d b y c h o nj e j c h t ě 1 i u v a Ž o v a t , p o s t a č í , v y p o č í t á - 1 i s e z h o d n o t y m ě ř e n én a c i t I i v ě j š Í m r o z s a h u . Metodapřímá E1ektrický odpor je definován vztahem ft=ut
(4)
I
k t e r ý v y j a d ř u j e O h m ů vz á k o n . J a l ( o U j s m e o z n a č i l i n a p ě t í n a o d p o r u R , I j e proud, který jÍm protéká. ZapojenÍ' v e k t e r é m m ě ř e n í p r o v á d Í m e ,j e z a kresIeno na obr. 2. Pro měření mů-
R
Ž e m e p o u ž í t s t e j n o s m ě r n é h on e b o s t ř í d a v é h o z d r o j e . Z á m ě n az d r o j ů b y neměla ov1ivnit výs1edekměřenÍ. Pro snadnější nastavenÍ proudu tekoucího rezistorem R je vhodné p o u ž Í t k o m b i n a c ep o t e n c i o m e t r u P a reostatu r
0br
-20-
Problém, se kterým se máte při
tomto měřenÍ předevšÍmseznámit,
spočÍvá v
ovlivněnÍ
výsledku měřenÍ zapojením měřícÍho přístroje
přístroj,
nejen analogový, má určitý vnitř.ní ot!por. Ideá1ní nrěřÍcí přístroj,
do obvodtr. KaŽdý měřícÍ 3ň-
p é r m e t r 5 n u 1 o r ' ý m ,V o l t m e t r s n e k o n e č n ě v e l k ý m V n i t ř n Í m o r j p o r e m ' n e e x i s t u j e . 0 v ý . ji m c e b y c h o m m o h 1i h o v o ř i t
pouze u elektrostatických
v o l t m e t r ť l' P ř Í z a p o . ; e n Í
m ě ř Í c í c h p ř Í s t r o . j ů p r o t o z a ř a d í m e v Ž d y d o o b v o d u o d p o r y , k t e r é v í c e č i m é n ěo v l i v ní fázové a napětové poměry v obvodu. Při měření se střÍdavým proudem (předevšÍm y y s o k o f r e k v e n Č n í m )s e n a v Í c m o h o u u p l a t n i t i v s t u p n í k a p a c i t y a i n d u k č n o s t i p ř í strojů. .
\ , z a p o . . ; e n Ín a o b r ' 2 m ť r Ž e mpeo m o c í k l Í č e ! pérmetr (poloha a) nebo za ampérmetripoloha b)'
připojit
vo1tmetr bud přetl amV prvémpřípadě (poloha a) měřÍ-
me Vo1tmetrem napětÍ ne.jen na odporu R, ale i na ampérmetru A Toto zapojení a m p é r m e t r u . 1 e m n o h e mm e n š í n e Ž m ě ř e n ý o d p o r .le výhodné, pokud vnitřní odpor R. R .(Ra<< R). Proud vo]tmetrem výs]edek měření v tomto případě neovlivní. Přepneme-li voltmetr za ampérmetr, změříme správně napětí na rezistoru o v š e m a m p é r m e t rm ě ř Í . j a k p r o u r t t e k o u c Í r e z i s t c r r e m R , t a k i v o l t m e t r e m V \']'iv vnitřního
odporu
Ru
většÍ neŽ měřený odpor
voltmetrU se projeví
tim méně, čímtrude odpor
R,
R,,
R
V 1i v m ě ř Í c Í h o p ř Í s t r o j e
na výsledek měření Ize povaŽovat za odstranite1nou
systematickou chybu. Zá]reŽína přesnosti
měřícÍho přístro.1e, kdy má praktický
Význam prclvést korekci výsledku měřenÍ na tuto systematickou chybu. Měříme-li napřÍk1ad s měřÍcím přístrojem třÍdy pĎesnosti 1 , nemá praktický význam uVaŽovat v l i v m ě r . Í c Í h op ř Í s t r o j e , p o k u d s y s t e m a t i c k á c h y b a v z n i k ) ' á j e h o p ř i p o j e n í m j e m e n šÍ neŽ
l %
V tomto případě to bude tehdy, je-li
R"(
L0-2. R
nebo
Ru \/}iv měřícÍho přÍstroje t ' J at ě c h j e v n i t ř n í
se projevuje
nejvíce na nejcit1ivějších
rozsazÍch.
odpor vo1tmetru nejmenší. 60 mV = ; l,2 mA = je vnitřní
o d p o r a m p é r m e t r un e j v ě t š í a v n i t ř n í
U přístroje
AV0-M na nejci.t1ivějším rozsahu odpor přístroje (viz výše) srovnatetný s měřenou hodnotou
R
Přesvědčte se'
Že
za těchto podmínek lze po provedení korekce určit měřený odpor s přijateInou přesností. Na druhé straně při jmenovitém napětÍ žárovky (např. 120 V) měříme na l
rozsazích,
n a k t e r ý c h j e o d p o r a m p é r m e t r ud o s t a t e č n ě m a 1 ý a o d p o r v o 1 t m e t r u d o s t a -
tečně velký, Je-1i
takŽe připojení třeba
přÍstroje
provést korekci
uvaŽovat, Že odporY
Ru
a
R
neovIivnÍ prakticky výsledek měření' na proud tekoucÍ voItmetrem (po1oha b), musÍme
jsou zapojeny paraIe1ně. Správnou hodnotu odporu
spočÍtámeze vztahu
\ ),
1I1 =RUR
P o k u d m ě ř e n á h o d n o t a o d p o r u R z á v i s í n a p r o t é k a j í c í mp r o u d u , j e t ř e b a s i j e r o v e n s o u č t u p r o u d ůt e k o u c Í c h o d p o r y uvědomit, že proud I měřený ampérmetrem R
a
Ru
Proud
IR
IR
odporem R
v y p o č í t á m ez e v z t a h u '
('. Ť)
2r-
(6)
a m ě ř í m es p r á v n ě p r o u d I t e k o u c í m ě ř e n ý m m ě ř Í m en a s d r i o v é k o m b i n a c i o d p o r 0 R a R " A b y c h o md o s t a I i s p r á v n o u h o d n o t u o d p o r u R , m u s í m eo d h o d n o t y v y p o č t e n ép o d l e (q) ooecÍst vnitřní odpor ampérmetru
Při zapojení klíče v poloze o d p o r e m( I = I R ) , a v š a k n a p ě t Í U
ft=u
I
R
(7)
a
V z h l e d e mk t o m u , ž e p r o b 1 e m a t 1 k av 1 i v u m ě ř Í c Í h op ř í s t r o j e n a v ý s 1 e d e k m ě ř e n Í j . e p ř i e x p e r i m e n t á l n í p r á c i z á v a Ž n á, v ě n u j t e j í d o s t a t e č n o up o z o r n o s t p ř i d i s k u z i v ý s I e d k ům ě ř e n í . Li t e r a t u r a tt]
J. BroŽ a kol.:
'. sTU0IUM
Z á k 1 a c t yf y z i k á 1 n í c h m ě ř e n í I , s P N , P r a h a 1 9 8 1 ' 4.r.2, 4.1.2.1, r.r.r, 4.].5.1, 4.r.5.,
uůsrK0vÉH0
0BV00U
Pracovní -ý}ol t.
Změřte závislost Droudu tekoucího indikátorem (mikroampérmetr)na veIikosti odporu R v jedné z větví rozrovnaného můstku. MěřeňÍ provedte alespoň pro č t y ř i ř á d o v ě s e 1 i š í c Í h o d n o t y o d p o r ů v e v ě t v í c h r n ů s t k o v é h oo b v o d u .
2 . . N a m ě ř e n éh o d n o t y z p r a c u 3 t e n a m i k r o p o č í t a č i p o m o c í u Ž i v a t e l s k é h o p r o g r a m u . 3. Pro okoIÍ rovnováhy můstku odhadněte, PFo jaké hodnoty odporů se budou skuteč1 Í o d p r o u d u v y p o č í t a n é h oz a n é p r o u d y t e k o u c í n ri k r o a m p é r m e t r e m1 i š i t o je nezávislá na stupni rozrovnání můstkovépředpok1adu, Že proudová citlivost ho obvodu (velikosti
odporu
R ).
4. ZhodnoŤte přesnost měření a diskutujte vyrovnaného můstku) na velikosti
závis1ost
citIivosti
můstku (zejména
odporů v jeho větvích.
MůstkovÝ obvod
M ě ř e n í p r o v á d í m es m ů s t k e mM e t r a M T } J ,j e h o Ž z j e d n o d u š e n és c h é m aj e z a k r e s 1 e n o n a o b r . 1 . M ů s t e kp o u Ž Í v á m ej a k o W h e a t s t o n e ů v( x o t Í x v e z d í ř c e i l ) . Ke svorkám X připojíme odporovýnormáI (10oQ), ke svorkám G indikátor ( m i k r o a m p é r m e tsr r o z s a h e n I 0 0 p A ) a k e svorkám B zdroj 6 V = z Eozvoclu. } , | ů s t e kr o z r o v n á m e d e k á d o v ý mo d p o r e m R Obr. t
-22-
v m ů 5 t k u . P o d m í n k y ú I o h y j e m o Ž n os p l n i t n a p ř í k 1 a d tak ' Že hodnoty odporů poiněrovýchdekád 8,b vol Ímepostupně: a=b=lQ ' a = b = lOQ , a = b = 100 Q , 3 = b = 1000 Q t . t ů s t e kb y m ě t b ý t v r o v n o v á z e p ř i g d p o r R m ě n Í m ev R = Ro = 100Q rozmezí od Ro/z do 2Ro s podmínkou Že ' indikátorem neteče proud většÍ než 100,uA
..
V Ý p o č e tp r o u d u i n d i k á t o r e m P r o v ý p o č e t p r o u d u i n d i k á t o r e m j e n e j v h o d n ě J š íp o u ž Í t metodysmyčkových p r o u d ůp o p s a n én a p ř . v e s k r i p t e c h ( s t r ' č l . l J . ] t2] ?95 299). V těchto s k r Í p t e c h j e m ů s t k o v ýo b v o d ( o b r . l 0 . 6 n a s t r . 298) řešen jak přÍk}ad při výk1ad u o b e c n ý c hm e t o d ř e š e n í l i n e á r n Í c h o b v o d ů v u s t á I e n é ms t a v u . V e s k r i p t e c h t z ) j e p o u Ž Í v á n oj Í n é h o z n a č e n Í ,n a p ř ' p r o u d i n d i k á t o r e m o d p o v Í d á s m y č k o v é mpur o u d u I t l , o d p o r X z o b r . l o d p o v Í d ái m p e d a n c i z4 na obr. lo.6 ve skriptecn f2J , odpor R impedanci Z, atd. P r o v e d e m e - l i z m ě n uo z n a č e n Í ,b u d e d e t e r m i n a n t u ( l 0 . 2 ] ) v t 1] ekviva1entní determinant (X + ft * a * b)
A
(X + 3)
- (X + 6)
(X + R, + a)
(X + R)
_ X
V obvodu je zapojen pouze jeden zdroj,
poteče proud
(x * 61 - X
(1)
(X * p * Ri) jehož napětÍ označÍme U,
azt
(2)
A Symbo1em Azl j s m e o z n a č i l i s u b d e t e r m i n a n tk p r v k u v e 2 determinantu(l) T e n t o s u b d e t e r m i n a n tj e r o v e n
4,,
Indikátorem
bx
řádku a ]'. sloupci
aR
(l)
Z rovnic (2) a (}) pak plyne, Že proud indikátorem bude roven rI =l
CitIivost
(bx - aR) U,
A
(4)
můstku
Proudovácit1ivost
si
m ů s t k uj e d e f i n o v á n a v z t a h e m
6r
6n
(5)
t
-2t-
proud indikátorem a R odpor větve můstku, jehož ve1ikost I znamená-li j e Jak uvedeno v knize tt] , platí přib1ižně v okolí rovnováhy můstku q I
-- ' r fr r, -
měnÍme
a
(6)
M ť r s t k o v ýo b v o d j e v e 1 m i p o u Ž í v a n ý m z a p o j e n í m v e I e k t r o n i c k ý c h
obvodech. To-
t o z a p o j e n í s e p o u Ž í v á č a s t o k m ě r n ý m ú č e l ů m ,k d y v j e d n é z v ě t v í j e r e z i s t o r , jehoŽ odpor závisí na nějakém vnějším parametru, jako je např. tep1ota, osvětlenÍ m e c h a n i . c k én a p ě t Í a p o d . P r o t o t o u Ž i t í obvodu, aby citlivost rokou oblast
je dťrleŽité zvo1it
takový pracovnÍ reŽim
zapojenÍ byla co největšÍ a by1o přitom moŽno reIativně
charakteristiky
Ši-
považovat za }ineární ' Široké spektrum ap1ikací
m ů s t k o v é h oz a p o j e n í b y I o d ů v o d e mk t o m u , a b Y s t u d i u m t o h o t o o b v o d u b y I o z a ř a z e n o 3ako Úloha do základnÍch fvziká1nÍch praktik '
ZpracovánÍ vÝsIedků na mikropočÍtači Pro zpracovánÍ výsledkri měřenÍ máte k dispozici mikropočÍtač PMD.85 s kresl ÍcÍm zařÍzenÍm XY 4l]0 V R 0 M m o d u l u p o č í t a Č ej e n a h r á n u Ž i v a t e 1 s k Ý p r o q r a m , k t e r ý u m o Ž ň u 3 ev y p o č Í t a t t e o r e t i c k é h o d n o t y p r o u d u i n d i k á t o r e m ' ( p o d 1 e vztahu (4) ) při zadaných odporech ve větvÍch můstku a hodnoty citlivosti podle vztahu (6). S těmito hodnotami mŮŽete porovnat hodnoty naměřené.
mŮstku
\ , e s p o 1 u p r á c i s k r e s l Í c í m z a Ť Í z e n í mj e m o Ž n é t i s k n o u t z p r a c o V a n é t a b u I k y naměřených a vypočítaných hodnot a 9rafy závis1osti proudu indikátorem na odporu R
Při
dokonalé přÍpravě na Ú1ohu, mŮŽete v době vyhrazené pro praktikum zpraco-
vat naměřenévýsl edky. PoČítačje vám k dispclzici
předevšÍmproto,
abychom vám u]šetři}i zdlouhavé zpracoVánÍ výsiedkťr, zejména výpočty pocJle vztahů (lr) a (g) Zároveň chceme dem o n s t r o v a t u Ž i t e č n o s t i t a k o v é m a l ' év ý p o č e t n Í t e c h n i k y s e k t e r o u b u d e t e p r a c o v a t a ukázat příklad
u ž i v a t e 1 s k é h o p r o g r a m U v h o d n é h op r o z p r a c o v á n í v ý s 1 e d k ů m ě ř e n í .
lla tomto proQramu je zajÍmavá moŽnost ce1ostránkové editace nost vyp1něnÍ ce1ého s1oupce opakuj ÍcÍ se hodnotou apod.
vIoŽených dat,
práci
U t i ) . o h ym á t e k c l i s p o z i c i . t a b u 1 k u . p o v e 1 ů k o v 1 á d á n í p r o g r a m u . P ř i nutno si
u v ě d o m Í t , Ž e p o Č Í t a Čj e s t r o j ,
který
Í n e v h o d n ý . P o d m Í n k o uÚ s p ě Š n ép r á c e s p o č Í t a č e mj e v a š e p ř e s n o s t dat Í pove1rj.
v zadávání
L Ít e r a t u r a Brož J.
L I J
a koI
ZákIady fyz ikálních čl.
Í.l 1
LL
)
Sedlák B. , Baku1e R.
měření I , sPN, Praha 198]
4.J.5'4
E 1 e k t ř i n a a m a g n e t i s m u s ,s P N , P r a h a t 9 8 0 staŤ
l0. ]
-24
je
bez ro.zmyslu vykoná kaŽdý váš přÍ-
kaz,
fl'l
moŽ-
MĚŘENÍ
MALÝcH
ODPORU
o
Pracovní Úkol Změřte odpor vzorků drátů t{heatstoneovým a T h o m s o n o v ým ů s t k e m . V y s v ě t l e t e r o z d Í l y v e v ý s 1 e d c Í c hm ě ř e n í ?. Vypočítejteměrnýodpor jednot1ivých vzorků i s přístušnou chybou výsledku. 5 t a n o v e n éh o d n o t y p o r o v n e j t e s h o d n o t a m i u v á d ě n ý m i v t a b u l k á c h .
Úvod S m ů s t k o v ý mo b v o d e m j s t e
se seznámili již u Úlohy 1. Předchozí úIoha však zaměřena především na probIematiku citlivosti obvodu a její závis1ostí na velikosti o d p o r ů v e v ě t v Í c h m ů s t k u . V t é t o ú l o z e p o u ž i j e m e m ů s t k o v éo b v o d y k m ě řenÍ o6pgj6. byla
J e d n o d u c h ý m ů s t k o v ý o b v o d s o d p o r y v e v ě t v Í c h ( | ť h e a t s t o n e ů vm ů s t e k ) j e v h o d ný pro měřenÍ odporů v rozmezí asi od I Q oo l07Q Při většÍch hodnotách odporů teče větvemi mŮstku relativně malý proud, což k1ade velké nároky na citlivost indikátoru. Vetké odpory se proto měřÍ jinými metodami (viz f1] ). V této úIoze se zaměříme na měření malých odporů, menšíchne| lQ. 6dpory pŤÍvodnÍchvodičů a přechodové odpory kontaktů pak nemusí mít vŽdy zanedbateInou
h o d n o t u v ů č i m ě ř e n é m uo d p o r u . M ě ř e n í s t { h e a t s t o n e o v ý m m ů s t k e mm ů Ž e b ý t zatíŽeno systematickou chybou, která způsobí, že změřÍme hodnotu odporu zvětšenou o odpor p ř Í v o d ů' Odstranit
tu|o systematickou
chybu lze tehdy, pouŽijeme-li čtyřbodového zapojenÍ měřenéhorezistoru.5eznámenÍ se s tímto čtyřbodovým zapojením, které se pouŽívá i u jiných úloh (viz např. ú1oha Ha1Iův jev), je hlavním cí1em této Ú1ohy'
Č t v ř b o d o v éz a p o j e n Í r e z i s t o r u Při čtyřbodovém zapojení musí být rezistor (nebo jiný prvek) opatřen čtyřmi k o n t a k t y ( s v o r k a m i ) . V n ě j š Í k o n t a k t y a ' a . n a z ý v a n ép r o u d o v é , s e p ř i p o j Í s á r i o v ě d o o b v o d u s e z d r o j e m n a p ě t Í . | 4 e z l 'v n i t ř n Í m i k o n t a k t y b , b , m ě ř Í m en a p ě t í . S c h e m a t i c k y j e č t y ř b o d o v éz a p o J e n 1 t e z i s t o r u R zakresleno na obr.l. V tomto uspořádání změřÍme odpor mezi napětovýmikcntakty b , b, , o d p o r p ř í v o d ů k p r o u d o v ý mk o n t a k t ů ma n i j e jich přechodovýodpor se neuplatní. Pokud je odpor voltmetru podstatně větší neŽ odpor R , Obr. I c o ž j e p o d m í n k a ,k t e r o u p r o m a l é o d p o r y R n e n Í o b t í Ž n é s p 1 n 1 t ' t e č e v o 1 t m e t r e mz a n e d batelný proud vůčiproudu odporem R a odpory přívodůk voltmetru a kontaktů b , b se neuplatnÍ. V . z a p o j e n í n a o b r . 1 b y c h o mm ě ř l 1 1 o d p o r p ř í m o u m e t o d o u . C h c e m e - l i v e ě t y ř b o d o v é nz a p o J e n í m ě ř 1 t o d p o r m 0 s t k o v o um e t o d o u , m u s Í m ep o u Ž Í t d v o j i t ý ( T h o m s o n ů v ) m ů s t e k , k t e r ý p o p í š e m ed á l e . M í s t o p ř Í m á h o m ě ř e n Í n a p ě t Í n a m ě ř e n é mo d p o r u s e t o .
-25-
t o n a p ě t Í p o r o v n á v á s n a p ě t í m n a o d p o r o v é mn o r m á 1 u , k t e r ý m p r o t é k á s t e j n ý p r o u d r r k o r n ě ř e n ý mo d p o r e m . l , / h e a t st o r ' e ův m ů s t e k M ů s t k o v ém e t o d y j s o u j e d n y z n e j p ř e s n ě j š Í c h a p r o t o
nejpoužívanějšÍch měřících metod' Jednoduchý můstkový obvod , sloŽený ze čtyř odporů (tllheatstoneův G nulový proud, tj. I5=0 , Teče-1i indikátorem můstek) je zakresIen na obr'l platí
i
rovnice
It
rz Rz
It Rt Ze série rovnic
(l)
I
, R2
Rl
l
Rl
Io Ro
(r)
R1
0dpor
k reguIaci
R6
(2)
, R4
Vztah (2) umoŽňuje určit pomocÍ tří m ů s t k e ma t Í m i
Í4
plyne vztah pIatný pro můstek v rovnoyáze
Rl
neznámý odpor
r2
T,
známých odporů, např.
na obr.
cit1ivosti
R2,
R],R4
slouŽí k nastavenÍ ve1ikosti
l
čtvrtý proudu
' Měrné můstky jsou sestaveny z dekádových odporů. U Iaboratorního Thomsonova|íheatstoneova můstku je jeden z odporů, R2 , tvořen pětimístným dekádovým odporem. Jako odpory R] nebo R4 můžeme např.
1ibovoInou z hodnot
zařadit 1000Q
Poměr
R'
' R4
m ů Ž e m et e d y m ě n i t
po dekadických hodnotách od přičemŽ n = 0, 1, 2, ,
NejvětšÍ cit1ivosti
můstku dosáhneme, jsou-Ii
hodnoty odporů. Je.1i
indikátor
1Q
na
5
se však nepřÍznivě uplatňuje
chceme při
10-n do 10n ,
r1)
R2
ve všech větvÍch zařazeny stejné
schopen zaznamenat změny řádu
k o u c í h o v ě t v e m i m ů s t k u , m ů Ž e m em ě ř i t šÍch neŽ
lOtn
Rl
0br
1, 10, 100 a
platných míst. Při v1iv
10-5
proudu te-
měření odporů men-
spojovacích vodičů. U této Ú1ohy
m ě ř e n í m a 1 ý c h o d p o r ů | . l h e a t s t o n e o v ý mm ů s t k e m d e m o n s t r o v a t v I i v o d p o r u přívodů na přesnost měření' Re1ativnÍ systematická chyba bude tím větší, čÍm m e n š Ío d o o r m ě ř í m e .
-?6-
T h o m s o n ům v ůstek P ř i n ě ř e n í m a 1 ý c ho d p o r ů z Í s k á m es p r á v n é v ý s I e d k y , p o u ž i j e m e - 1 i T h o m s o n ů v m ů s t e k . ,j e h o ž s c h é m aJ e z a k r d s l e n o n a o b r . 3 J e . 1 i m ů s t e kv y r o v n á n , j e m e z i b o dy, ve kterých Je připojqn indíkátor G ' nulóvý rozdí1 potencíáIů. Odpory P, Q pak teče stejný proud 1 NapětÍ na odporu P musÍbýt rovno napětí na odporech RN e p aprotoplatÍ (4)
IP=IoRtt+ip
P r o d r u h o u p o l o v i n u m ů s t k uo b d o b n ě
Ril
-Is
Rx
I0=to*rl
rq
(5)
Z p o s l e d n í c h d v o u r o v n i c m ů ž e mzeí s k a t v zt a h Obr. 3 RH
P
RX
0
ZvolÍ-1i se odpory P, p, Q, e p:P
r' - - F P i r
Ql
tak,
aby platilo
q:0
(6)
\r.,
z j e d n o d u š Ís e r o v n i c e ( 6 ) n a t v a r
Rx
+RN
(8)
C e l ý m ů s t k o v ýo b v o d s e s k l á d á z e d v o u č á s t Í . O d p o r y P , P , Q , Q jsou souč á s t Í k o m e r č n ěv y r á b ě n é h om ů s t k u . N a s c h é m a t un a o b r . } j s o u t y t o o b v o d y z a k r e s 1 e n y u v n i t ř č á r k o v a n ě v y z n a č e n é h o b d é I n Í k u .V ý r o b c e mj e z a j i š t ě n o s p 1 n ě n í p o d mínky (7). M ů s t e k j e u r č e n p r o m ě ř e n í o d p o r ů m e n š í c hn e Ž 1 Q Přesné měření vyžaduje č t y ř b o d o v éz a p o j e n Í m ě ř e n é h oo d p o r u R x i o d p o r o v é h on o r m á I u R N Jsou-li odpory RN R x m e n š Ín e Ž l Q lze dosáhnout toho, Že odporY P, P, Q, q budou " alespoň tisÍckrát většÍ neŽ RN či RX , .coŽ znamená,že proudy i a I budou n e J m é n ět i s Í c k r á t m e n š Ín e Ž I o S p á d n a p ě t í n a p ř í v o d n Í c h v o d i č í c h k m ů s t k ua na svorkách neovlivnÍ proto podstatněji výsledek měřenÍ.
-27-
t'|ěrný odpor Je definován vztahem
(e)
R5/t
ť=
Jednotkou měrného a průřezu s v n ě m Ž R j e o d p o r h o m o g e n n J h ov o d i č e d é l k y í 0hmmetr je měrný elektrický odpor takového materiá1u, odporu je ohmmetr (l n. m) z něhož zhotovená krychIe o hraně 1 metru má odpor 1 ohm, protéká-li e1ektrický proud mezi protileh1ými stěnami krych1e. V e1ektrotechnické praxi se často pouŽÍvá dočasná jednotka který má při Platí
déIce
1Q.
I metru
, což je měrný odpor takového materiáIu, a průřezu l čtverečný mi1imetr odpor l ohm
m m 2m - l
převodnÍ vztah
ÍL''2
'- l
Íl m
t0-6
odporu R definované.déIky j e š t ě j e h o p r ů m ě r P a k u v á Ž e ním toho, že S = fi 12 / ta d s ť orátu, změřit í určujeme jako vzdá1enost v y p o č Í t á m ez r o v n i c e ( 9 ) m ě r n ý o d p o r . D é l k u d r á t u m e z i r y s k a m i u n a p ě t o v ý c h s v o r e k d r Ž á k u v z o r k u . V e 1 m Íp e č 1 i v ě n a n ě k o l i k a m Í s t e c h A b y c h o m u r Č i 1 i m ě r n ý o d p o r ' m u 5 í m ek r o m ě v e I i k o s t i
měřÍmeprůměr dráru.
Stanovení této veIičiny
je zpraVidIa
bou. Tato chyba se zdůraznÍ tím, Že měrný odpor závisí
Postup při
zatíŽeno největšÍ chyd
na druhé mocnině
m ě ř e n Í s W h e a t s t o n e o v Ý mm ů s t k e m
Zapojení můstku, se kterým měříme, je uvedeno na štítku přístroje.0d
prin.
2 s e 1 i š Í z a ř a z e n Í m d v o u p o 1 o h o v é h os p Í . a i n d i k á t o r a k r o m ě t o h o j í m m ů ž e m em ě n i t
cÍpiá1nÍho zapojenÍ znázorněného na obr, nače, kterým zároveň připojujerne zdroj ve1ikost
proudu zařazeného do serie
Ve schématechjsou jinak Rl = X,
R2 = R,
s indikátorem'
můstku.
Tím se mění cit1ivost
pojmenovány odpory, pIatÍ
R} =.,
R4 = b,
takŽe
| = R+
( 10)
n a s t a v u j e n e n a p ě t i m Í s t n éd e k á d ě , h o d n o t y o d p o r ů a v d e k a d i c k ý c h n á s o b c í c h k o l í k o v ý mp ř e p Í n a č e m . Odpor R
Před započetímměření zasuneme ko1ík do zdířky hodnotu poměru
a:
b
tak,
a
!.
nastavujeme
označené }rl a nastavÍme
abychom mohli vyuŽÍt všech míst na dekádě
R
Dále
B a ke svorkám x G , akumulátor na svorky připojíme měřený odpor. Most pak vyrovnáme změnou ve1ikosti odporu R nejprve p ř i p o 1 o z e ' ' h r u b ě ' ' p ř e p í n a č e . P o p ř e d b ě ž n é mv y r o v n á n Í p a k n a . s t a v Í m er o v n o v á h u připojíme galvanometr na svorky
při
po1oze
,'jemně'. přepínače. Wheatstoneůvmůstek v dané Úpravě je určen pro
měřenÍ odporú v rozsahu
l.100
aŽ
1.107
-28-
íl , maximálně na pět platných mÍst.
Postup při
m ě ř e n Í 9 T t . l o m s o n o v ýmmů s t k e m
N a T h o m s o n o v oz a p o j e n Í u p r a v Í m em ů s t e kt í m , Ž e k u ž e l o v ý k o l Í k z a p o j Í m en a N a s v o r k y R N p ř i p o j Í m e n a p ě t o v é( v n i t ř n í ) s v o r k y n o r m á l u ' n a s v o r svorku T k y R x n a p ě t o v és v o r k y z d r ž á k u m ě ř e n ý c h d r á t ů . P r o u d o v és v o r k y o d p o r u R N a R x z a p o j Í m ed o s é r i e s e z d r o j e m , a m p é r m e t r e a m regu1ačním o d p o r e m .P ř i z a p o j o v á n í m u s Í m ed o d r ž o v a t p o l a r i t u n a p ě t í v y z n a č e n o un a m ť l s t k u .N a s v o r k y G p ř i p o j í m e g a l v a n o m e t r . ( o 1 í k y o d p o r Ů a ' b z a s u n u j e m ev Ž d y d o s o u h l a s n ě o z n a č e n ý c h z d Í ř e k ( a = b ) V e s c h é m a t un a o b r . } r e p r e z e n t u j Í o d p o r y P a p , o d p o r y 0 , Q
vytváří zdvojená pětimÍstná dekáda R V e 1 i k o s t o d p o r o v é h on o r m á l u R N a p o m ě r o v ý c h o d p o r ů 3 , b v o l Í m e p o d l . en á s l e d u j í c í t a b u l k y .
R* ohmů
R* ohmťl od
(a
do
I
1.t0-l
l.lo-l
1.l0- I
-) I .10 '
LI0
t. l0-2 l.l0
- 1-
l.l0-4 t.l0
- s'
Rp
Poznámka
I 000
- 7-i
b)
Vzorec pro v ý sl e d n ý odpor
-
I 000
l. l0-l
l.l0
l.lo-4
l. lo-4
I 000
1.10-5
1.10-4
I 000
L l0-6
1.10-4
100
**-**Ť
I 000
**=*r*
Nutno připojit měr. odpor na R* a odporový normáI na
Rx
V e v n ě j š í m o b v o d u n a s t a v Í m ev h o d n ý p r o u d t e k o u c í o d p o r y R * a R ' t a k , a b y s e m ě ř e n é o d p o r y z n a t e l n ě n e o h ř í v a l y . P ř i m ě ř e n í p o s t u p u j e m ep a k s t e j n ě j a k o u W h e a t stoneova můstku. M o Ž n o s tm ě ř e n Í n a T h o m s o n o v m ě o s t ě j e 1 . I . 1 0 - 6 o h m ů z a p o m o c i o c ' p o r o v ý c hn o r m á I ůp r o v y š š í p r o u d o v á z a t í Ž e n Í , . j a k o n a p ř ' R N / I 0 , 1 - 0 , 0 1 - 0 , 0 0 1 - 0 , 0 0 0 l o h m ůa b s . S e s n Í Ž e n o up ř e s n o s t Í l z e m ě ř i t i m e n š ío d p o r y a Ž a s i d o l . 1 0 - 8 o h m ů; p ř i p o u ž Í t Ío d p o r o v é h on o r m á I U 0 , 0 0 0 0 I o h m u a Ž d o 1 . l 0 . 9 o h m ů ' Propojení odp o r o v é h on o r m á I u s m ě ř e n ý mo d p o r e mj e p a k n u t n o p r o v é s t p o m o c ím ě d ě n é h o pásku. O h m i c k ýo d p o r s p o j k y n e m á p ř i p ř e s n ě j š Í c h m ě ř e n Í c hp ř e k r o č i t s o u č e t h o d n o t o d p o r u m ě ř e n é h oa p o u ž i t é h on o r m á I u . N a p ř i p o j e n Í p o t e n c i á ] ů o d p o r u k m o s t u j e n u t n o p o u ž Í v a tc o n e j k r a t š Í c h p ř í v o d ů . V p ř Í p a d ě , ž e r n ě ř í m em e n š íh o d n o t u o d p o r u , n e Ž j e h o d n o t a o d p o r o v é h on o r m á . l u , j e v h o d n ép ř i p o j i t m ě ř e n ý o d p o r n a s v o r k y R N a o d p o r o l ý n o r m á l n a R x . z á r o v e ň s t o u t o z m ě n o un u t n o u p r a v l t i v ý s l e d n ý v z o r e c p r o v ý p o č e t , a t o t a k , ž e p r o R x m e n š Ín e Ž R N a Ž R x = R N p l a t Í R x = R N . R / R ' i 5vorky B a X zůstávajÍprázdné,nezapoJené.
-29-
Li tera tura
Ir]
ZákIady fyztká1nÍch měřenÍI' sPN' Praha l98) čl. 4.].5.5 B r o Ž J . ' R o s k o v e c V . , V a l o u c h M . i F y z i k á 1 n í a m e t e m e t i c k ét a b u 1 k y , SNTL, Praha 1980 BroŽ J. a koI.:
tzl
uĚŘrHÍ
NAPĚTÍ
0scIL0sK0Ptil
Pracovní úkoI l . P o m o c Ío s c i I o s k o p u z m ě ř t e š p i č k o v o un o b n o t u n a p ě t í n a s e k u n d á r u p ř e v o d n Í h o t r a n s f o r m á t o r u a s r o v n e j t e j i s h o d n o t o u n a m ě ř e n o uv o I t m e t r e m . v zapoJení podle obr. 5 2 . S t u t t u j t e č i n n o s t j e d n o c e s t n é h ou s m ě r ň o v a č e a ) p ř i m a x i m á I n Íh o d n o t ě z a t ě Ž o v a c í h oo d p o r u R , = 1 0 k n ' s l e d u j t e z á v 1 s l o s t s t e j n o s m ě r n é h on a p ě t Í ( m ě ř e n é h oe 1 e k t r o n i c k ý m v o I t m d t r e m ) n a f 1 1 t r a č n í k a C = 0ťF p a c i t ě C v i n t e r v a l u o - 1 0 p F ' H o d n o t uu s m ě r n ě n é h n oapětÍ při s r o v n e j t e s e š p i č k o v o uh o d n o t o u p u 1 s n í h o p r ů b ě h uz m ě ř e n o uo á c i I o s k o p e m ; b) změřte závis1ost fi1trační kapacity C , potřebnék tomu, aby střÍdavá s l o Ž k a u s m ě r n ě n é hno a p ě t Í č i n i l a l 0 I š p i č k o v éh o d n o t y ( t j . a s i I v ) proudu. Měření provádějte do proudu 0,6 mA 1 na odebíraném c ) n a m ě ř e n éz á v i s I o s t i z p r a c u j t e g r a f i c k y . D o g r a f u u y á d ě j Í c í h o z á v i s I o s t f i 1 t r a č n í k a p a c i t y C n a p r o u d u v y n e s t e t a k é z á v i s 1 o s t č a s o v ék o n s t a n t y t = Rz C na Proudu. Na ) . 5 t u d u j t e č i n n o s t d v o j c e s t n é h ou s m ě r ň o v a č en a p ě t í v z a p o j e n í p o d l e o b r . 6 j e d n o c estj a k o na usměrňovači d v o j c e s t n é mu s m ě r ň o v a č p i r o v e ó t e v š e c h n am ě ř e n í n é m .V ý s t e d k y p o r o v n e j t e . C = 1 - l0 pF ; a) Měření provádějte opět pro R = 10 k9', I,2 mA b ) m ě ř e n Íp r o v á d ě j t e d o p r o u d u Úvod g s c i l o s k o p j e j e c t n í mz n e j č a s t ě j i p o u Ž Í v a n ý c hp ř í s t r o j ů v e f y z i k á I n Í 1 a b o r a t o ř i . P ř i m ě ř e n Í t é t o ú I o h y s e m á t e p ř e d e v š Í ms e z n á m l t s o b s l u h o u t o h o t o p ř í . Tesla BM 5lo, který budete pouŽívat je jednímz neJJednoduššÍch stroje.Íyp o s c i l o s k o p ů . J e h o p o d r o b n ě J š íp o p 1 s j e u v e d e n v 7 . k a p i t o l e I I . č á s t i s k r i p t . R u č k o v ý mn1e b o d i g 1 t á 1 n Í m 1p ř Í s t r o J 1 m ě ř Í m ez p r e v i d 1 a s t ř e d n í n e b o e f e k t i v . n í h o d n o t u n a p ě t í . N a o s c i 1 o s k o p u s 1 m ů Ž e mper b h 1 é d n o u tč a s o v ě r o z v t n u t ý p r O b ě h n a p ě t í . P ř e s n o s t o d e č í t á n Ín a p ě t Í j e s i c e m e n š ín e Ž n a v o l t m e t r u , e I e m ů Ž e m e o d e č í s t v ý š k y a š í ř k y p u 1 z u , z v I n ě n Í s t e J n o s m ě r n é h on . 9 ě t Í a p o d . U t é t o ú 1 o h y m ě ř Í m en a p ě t í p o J e d n o c e s t n é mn e b o d v o J c e s t n é mu s m ě r n ě n Í a p o f i t t r a c i t o h o t o n a p ě t í J e d n o d u c h ý m R c t 1 l t r e m . S e z n á m Í t es e t í m s č l n n o s t Í usměrňovačů a fiItru a se vztahy mezl střední, eÍektivní a šplěkovouhodnotou napětí.
-r0-
Střeclní hodnota naÉětÍ P o k u c |n a p ě t Í j e č a s o v ě n e z á v i s l é j e j e h o s t ř e d n í h o d n o t a r o v n a o k a m Ž i t ó hodnotě. Mění-1i se periodicky s časemje střední hodnota definována vztahem
=+l
U e
u(t) dt
(1)
je okamŽitá hodnota napětí, t čas a T doba jedné periody. Na ste.jnosměrných rozsazích ana1ogových i digitá1ních měřícÍch přÍstrojt1 m ě ř í m e v Ž d y s t ř e d n í h o d n o t u . P ř i p e r i o d i c k y s e m ě n Í c í ms i g n á l u j e ú d a j p ř í s t r o j e ve kterém
u
časově nezávislý,
pokud doba kmitu T signá1u je podstatně menší, než doba kmi* tu systému analogového přístroje, či doba jednoho měření digitá1ního přístroje. P ř i v e l m i p o m a I u s e m ě n í c í ms i g n á l u Ú d a j m ě ř í c í h o p ř í s t r o j e s l e d u j e o k a m Ž i t é
hodnoty. Je-li
p r ť r b ě hs i g n á l u s i n u s o v ý ' j e ú d a j m ě ř Í c Í h o p ř í s t r o j e n a s t e j n o s m ě r n é mr o z s a h u n u l o v ý , p o k u d frekvence signálu je dostatečně vysoká. Za dostatečně vysokou frekvenci je moŽno povaŽovat frekvenci elektrické sítě f = 50 Hz
tfektivnÍ
hodnotv napětÍ
Efektivní
hodnota napětÍ
integrálním vztahem
T
u(t)
=+i" 2( t
u2
ve kterém je opět
souvisÍ s okamŽitou hodnotou napětí
perioda a
t
) ot
(2)
čas
Je-} í závis]'ost napětí na časeharmonická (u(t) = Uo rin(art pJ'yne ze vztahu (2), Že p1atí
tT 7cela obdobný vztah by ptati1
* ?))
,
(l)
mezi efektivní
I a špičkovou Io hodnotou proudu Výchylka měřících přístrojů s e1ektromagnetickým či eIektrodynamickým syst é m e mj e r i m ě r n á e t á l t i v n í h o d n o t ě p r o u d u , k t e r ý s y s t é m e mp r o t é k á . U b ě Ž n ě p o u Ž í vaných přÍstrojů s otočnou cívkou či u přÍstrojů digitá1nÍch (eIektronLckých)
zůstává výchytka Úměrná střední hodnotě proudu' Při měřenÍ na střídavých rozsazÍch se musí signá1 nejprve usměrnit' Výchy1ka je potom úměrná střední hodnotě
u s m ě r n ě n é h op r o u d u . S t u p n i c e j e v š a k u d ě 1 á n a t a k , a b y p ř i h a r m o n i c k é m p r ů b ě h u signálu jsme mohli přímo číst efektÍvní hodnoty. JestIiŽe průběh sÍgná1u není harmonický, neodpovídá Údaj měřícího přÍstroje efektivnÍm hodnotám. ProtoŽe odeč. tené napětÍ U na přlstroji nenÍ v tomto případě efektivní hodnotou, nevyhovuje tato hodnota vztahu (2)
, a pochopitetně
ani vztahu (])
- l1 -
JednocestnÝ usměrňovač Jeho zapojení s odporovou zátěŽí je na obr.1. Na primární vinutí trans. formátoru je zapojerlo střídavé napájecí napětÍ, zpravidla
ze sÍtě.
V sekundár-
nÍm vinutí se indukuje střídavé napětí Usměru , jehoŽ průběh je na obr.2a ňovač propustí proud do zátéŽe R. na hornÍ straně pouze tehdy, je-li
0br
transfqrmátoru
kladná půlvlna střídavé-
ho napětí. Na zatěŽovacím odporu vzniknapětí ne průtokem tohoto proudu I pouze po dobu trvání k1adné půlv1ny na na horním vývodu transformátoru. Při záporné půlvlně bude spád napětÍ na zat ě ž o v a c Í mo d p o r u n u 1 o v ý . P r ů b ě h t o h o t o
o
u s m ě r n ě n é h on a p ě t í j e z a k r e s 1 e n v č á s StřednÍ hodnota jednob obr.2 ti c e s t n ě u s m ě r n ě n é h oh a r m o n i c k é h o n a p ě t í s o u v i s Í s e š p Í č k o v o uh o d n o t o u p o d l e vztahu
c
u"
uo/ ttr
(4)
,
0br
D v o . i c e s t n ýu s m ě r ň o v a č Pokud sÍtový transformátor má vyvedeni střéd vinutí, Ize ho vyuŽít pro u s m ě r n ě n Ío b o u p ů I v I n . Z a p o j e n í d v o j c e s t n é h ou s m ě r ň o v a č es o d p o r o v o u z á t é Ž í j e n a o b r . ] V t o m t o z a p o j e n í p r o p o u š t í v k a Ž d ép ů I p e r Í odě střÍdavě proud jedna z diod. Je-1i např v u r č i t é mo k a m Ž i k u h a h o r n í s v o r c e k 1 a d n é Ve stejném n a p ě t Í , p r o p o u š t íd i o d a D 1 o k a m Ž i k uj e v š a k n a d o l n í m k o n c i z á p o r n é napětí a tudíž dioda D2 je zapojena v záv ě r n é ms m ě r u . V n á s 1 e d u j í c Í p ů l p e r i o d ě s e Obr. ,
poměryobrátí a povede dioda D2 a dioda Dl je uzavřena. Směr proudu Í zátéŽí
-t2
je zakres1en na obr. 2c Proud .q na zátéŽl' j e p ro c o Ž v ý h o r l n ě j š Í f r e k v e n c Í , avšak s dvojnásobnou
Průběh napětí
zůstane však stejný. v zátěŽ.i opět pulsuje, filtraci.
M ů s t k o v éz a p o j e n Í (obr.4) nebo téŽ Graetzovým zapojením dosáhneme stejného S tímto mr.rstkovým průběhu napětí na zátěŽi jako s dvojcestným i tehdy, není-1i vyveden střed sekundárnÍho vinutí transformátoru. Činnost tohoto zapojení je následující:
P o k u d m á s v o r k a s e k u n d á r n í h ov i n u t Í transformátoru vyššípotenciáI neŽ s v o r k a s p o d n í , t e č e p J r o u do d h o r n í svorky přes diodu D1 , zatěŽovací u odpor R, a diodou D] k dolní svorce transformátoru. Díody D2 a 0a jsou zavřené. ZměnÍ-Ii 5e p o l a r i t a n a p ě t Í n a s e k u n d á r n Í mv i nutÍ transform.átoru,teče proud i Obr. 4 od do1ní svorky transformátoru přes D4 k horní svorce. Směr proudu a přes diodu D2 , zatěŽovací odpor R, diodu v zatěŽovacím odporu bude v obou půIperiodách stejný. V obou předchozíchpřípad e c h j e s t ř e d n Í h o d n o t a u s m ě r n ě n é h on a p ě t í
u"
=-
2 .Í
( 5)
uo
Fi1trace napětÍ n a p ě t í z d i o d j e p u I s u j í c Í . T o t o n a p ě t í m ů Ž e mvey h t a d i t ( f i l t r o Usměrněné v a t ) , p ř i p o j í m e - l i p a r a l e I n é k z a t é Ž o v a c Í moud p o r u R , k o n d e n z á t o r o k a p a c i t ě C ( v i z o b r . 5 , 6 ) . P o k u d b y b y l o d p o r R , n e k o n e č n ěv e l k ý , n a b i l b y s e t e n t o napětí a napětí na kondenzátoru by k o n d e n z á t o r n a š p i č k o v o uh o d n o t u u s m ě r n ě n é h o z ů s t a l o k o n s t a n t n í . M á - 1 i v š a k o d p o r R , k o n e č n o uh o d n o t u , v y b í j í s e k o n d e n z á tor
C
přes odpor
R,
s č a s o v o uk o n s t a n t o u R ' C
Obr. 5
-rr-
0br V č a s e m e z i n á s l e d u j í c í m Í d v ě m ap u l s y b u d e č a s o v ý p r ů b ě h u roven
na odporu R,
-Trt u
'
= uo"
(6)
,
čas. špičková hodnota napětí, na které se nabije kondenzátor a t p u lsu. aŽ do příchodu následujícÍho Kondenzátor C se vybíjí přes odpor R, sekunPak se začne nabíjet na špičkovou hodnotu. Pokud by zdroj'.reprezentovaný j'e-1i
Uo
a diodou mě1 nuIový vnitřnÍ odpor, s1edova1 by průběh nap.ětí na kondenzátoru náběhovou hranu pu1su. Tento předpoklad však není sp1něn a kromě toho se zařazuje mezi diodÚ a zatěŽovací obvod (viz obr. 9, 6) dárním vinutím transformátoru
ochranný odpor. Z a p o j e n í m t o h o t o o d p o r u s e m á z a b r á n i t p ř e t í ž e n í z d r o j e p ř i p o č á t e č n í mn a b í j e n í rovný součtu vnÍtřnÍho kondenzátoru. Kondenzátor se proto nabije přes odpor r m e n šÍneŽ zatéžovací odpor. b ý t musí odporu zdroje a ochranného odporu. 0dpor r R, C. P a k j e č a s o v á k o n s t a n t ? n a b Í j e n Í r C m e n š Ín e Ž č a s o v á k o n s t a n t a v y b Í j e n í napětí na zatěŽovacÍm odporu je obecně poměrně s1ožité. Abychomvýpočet zjednoduši1i, budeme předpok1ádat, Že časová konstanta vybíjení Tu = R, C je podstatně delšJ než doba mezi po sobě následujícími T , U dvojcestného je u jednocestného usměrněnÍ doba periody kmitu pu1sy ( t Výpočet časovézávis1osti
T/2 ) a že doba, po kterou se kondenzátor nabÍjí, je zanedbatelně Tyto předpok1ady jsou poměrně dobře sp1něny, pokud činite1 fi1trace je
usměrnění krátká. veIký.
Činitet
fi1trace
kf
je definován
na sekundáru transformátoru (viz obr , 2d) u s m ě r n ě n é h on a p ě t í A u napětÍ
Uo
kf
jako poměr špičkovéhodnoty střídavého
ku špičkové hodnotě střídavé s1oŽky
uo
\r,/ /t\
Au
J e - l i z m ě n an a p ě t Í n a k o n d e n z á t o r u m a I á , 1 z e p r ů b ě h n a p ě t í n e z t d v ě m an á s I e d u j í cími nabíjecÍmi pu1sy vyjádřit přibližně vztahem
u"(' *b)
t
(8)
k t e r ý z í s k á m e , r o z l o Ž Í m e - l i v ý r a z ( 6 ) v ř a d u a v e z m e m ep o u z e p r v é d v a č l e n y . V Zde č,io k a m ž i k u' k d Y p ř i j c i e n a b í j e c í p u l s , s e n a b i j e k o n d e n z á t o r n a n a p ě t í U o
-r4-
n Í m e u r č l t é z J e d n o d u š e n í 'n e b o t p ř e d p o k 1 á d á m e , Ž e n a b Í J e c í p u l s J e nekonečně k r á t k ý . Z e d o b u t o , n e Ž p ř t J d e n ó s 1 e d u J í c Íp u 1 s , s e k o n d g n z á t o r v y b l j e n a h o d notu
u (to)
-to
Tr
= U o( 1 -
Pro jednocestný usměrňovaču , kterého je .to lr čintte1 f11trace roven
uo
kt
Při
Uo - u(to)
d v o j c e s t n é mu l Í ' ě r n ě n Í , k d y
=*"
t,o = T/2
(e)
)
T
(T
je perioda knltu), bude
(10)
bude
(11)
kf
J e z ř e j m é , ž e p ř i d v o j c e s t n é mu s m ě r n ě n Íp o s t a č Í k d o s a ž e n íd a n é h ok o e f i c i e n t u ednocestf i l t r a c e p o 1 o v i č n Íf i 1 t r a č n Í k a p a c i t a C , v e s r o v n á n í s u s m ě r ň o v a č e jm ným. Z e v t a h ů ( l 0 ) a ( 1 1 ) p l y n e , Ž e p r o u d r ž e n í d a n é h oč i n i t e l e f i l t r a c e j e n u t n o p ř i z m ě n ě z a t ě ž o v a c Í h op r o u d u , t j . z m ě m ěp r o u d u o d e b í r a n é h oz á t ě Ž í , z m ě n i t f i l t t a č n Í k a p a c i t u t a k , a b y č a s o v á k o n s t a n t a z a t ě Ž o v a c í h oo b v o d u z ů s t á v a 1 ak o n s t a n t n Í . zákonem Proud zátéŽí, který označíme I"" , je s odporem R, svázán 0hmovým =
I"a
u"" \
(12)
R,
v e k t e r é m U " . j e s t e j n o s m ě r n én a p ě t í n a z á t ě ž i . P o k u d j e č i n i t e l f i l t r a c e kf })1 Ze vztahů (10), (1l), (12) vyprývá pro závislost filtrač, je U." = Uo kf>> l ) n í k a p a c Í t y n a p r o u d u o d e b Í r a n é nz á t , ě Ž í p ř i b l i Ž n ý v z t a h ( p ř i f,
=
TkfI""
(nUo)
-1
(11)
J e p ř i t o m r o v n a j e d n é p ř i j e d n o c e s t n é mu s m ě r n ě n ía n = 2 p ř i d v o j c e s t n é mu s m ě r n ě n í . N a z á v ě r j e t ř e b a p o z n a m e n a t ,Ž e v ý š e u v e d e n ý z p ů s o b f 1 l t r a c e j e n e j j e t t n o d u š š Ía n e m á o p t i m á I n Í p a r a m e t r y . V p r a x i s e p r o t o ě a s t ě j i s e t k á v á m e s f l l t r y ' které jsou sestaveny z t}umivky a kondenzátoru. U těchto filtrů lze snadněji dos á h n o u t v y š š Í c hh o d n o t č i n i t e l e f i l t r a c e n e ž u f i l t r ů o d p o r o v ě k a p a c í t n í c h . Veličina
n
Li teratura tr]
Brož J. e kol.:
Zák1ady fyztkálních měření I, sPN, Praha 198f, staf o.0.l
- !5"=
6.
uEŘENÍ
ÚČrxÍxu
PracovnÍ úkol a) rezlstoru b) kondenzátoru(C-10 pF) c) cívky U r ě e t e c h y b u m ě ř e n í . D 1 s k u t u J t e s o u h l a s v ý s 1 e d k ůs t e o r e t i c k ý | t t i h o d n o t a m i p r o ideálnÍ prvky. Pro cÍvku vypočíteJte lndukěnogt a odpor v sárlovéma paralel.
l. Změřte úěiník :
n í m n á h r a d n í mz a p o J e n í . 2 . Z m ě ř t e ú č i n í ks á r i o v é h o a p a r a I e 1 n í h o z s p o J e n Í r e z i s t o r u e k o n d e n z á t o r u ( p r o C = l ; 2 ; 5 i l 0 p F ) . Z n a m ě ř e n ý c hh o d n o t v y p o č Í t e J t eo d p o r r e z l s t o r u . U r č e t e c h y b y m ě ř e n Í e r o z h o d n ě t e , k t e r é z o b o u z a p o J e n Í J e v d a n é mp ř Í p a d ě . vhodnějst prx stanovenÍodporu. '.
Změřte závislost RLC obvodu
proudu a výkonu ne velikost1 kepaclty zařazenédo sďr1ového
4 . V ý s t e d k y ú k o I u ) z p r a c u j t e g r a f 1 c k y , v z á v t s 1 o s t i n a z a t a z e n ék a p a c 1 t ě v y n e s t e ú č i n Í k ,f á z o v ý p o s u v n a p ě t í v ů č l p r o u d u a v ý k o n . VÝkon střídavého proudu T a t o ú l o h e j e z e m ě ř e n an a p r o b l e m a t i k u m ě ř e n í v ý k o n u v o b v o d u , k t e r ý m p r o téká střídavý proud. Střední hodnota výkonu v tomto případě závisí nejen na efektěchf á z o v é mp o s u v u ? tivních hodnotách proudu a napětÍ, ale téŽ na vzáJemném to veIičin. StřednÍ hodnota výkonu (oate jen výkon) Je definována vztahem
P = +' 1 1 f"(t)i(t)dt
(1)
,
j s o u o k a m Ž i t éh o d n o t y n a p ě t í a p r o u d u v č a s e t , v e l i ve kterém u(t) a i(t) ě i n a T z n a m e n ád o b u k m i t u . v p ř Í p a d ě h a r m o n i c k éz á v 1 s l o s t i p r o u d u a n a p ě t í b u . de pro výkon platit
p=
T
,{ r .Io sÍn uo (+ "in {
+
= -
-
+
UoIo s'n ?
i("'"
t. v)ot. =
-2Í-1. cos Ť
+UoIocosý,{(","'+,)
-36-
dt =
.) dt +
+cosl
IntegráI ze součinu sinu a koslnu je roven nule, lntegrál z druhémocniny clnu je roven I /2 D o p o s l e d n Í h o v ý r a z u j e v h o d n ě j š Íd o s a d i t m Í s t o š p Í č k o v ý c h o d n o t U o , I o efektivnÍ hodnoty U , r napětÍ a proudu (vÍz úloha 5, vztah (])). Pak bude = U I cosý
Q)
,--'^) q
Kosinus fázovéhoposuvu posuv ?
proudu vůčinapětÍ (cos ? ) gE - -t m ů Ž en a b ý v a t h o d n o t z i n t e r v a r u
T,T
nazývá Úě1nÍk. Fázový t a k ž e ú č 1 n Í ks e m ů Ž e
m ě n i t o d n u l y ( p r o ? = ! | I /t 2 ) , d o j e d n é ( p r o Í = 0 )
Z o b e c n ě n Ý 0 h m ů vz á k o n V p ř e d c h o z í mt e x t u j s m e s e s e z n á m i l i s t Í m , Ž e v ý k o n s p o t ř e b o v a n ý v o b v o d u protékaném s t ř í d a v ý m p r o u d e mz á v i s Í n e j e n n a a m p 1 i t u d á c h ( e f e k t i v n Í c h h o d n o t á c h ) p r o u d u a n a p ě t Í , a I e i n a j e j i c h v z á j e m n é mf á z o v é mp o s u v u . V z t a h m e z i n a p ě t í m a
p r o u d e mi s h I e d i s k a f á z o v é h o p o s u v u n e 1 z e p o p s a t p o m o c ÍO h m o v az á k o n a , p o u Ž í v a n é h o v e f o r m ě U = R I p r o o b v o d y s t e j n o s m ě r n é .P r o o b v o d y s t ř Í d a v é h o p r o u d u ( h a r m o n Í c k é hpor ů b ě h u )p o u Ž Í v á m ep r o t o k o m p I e x n ís y m b o I Í k y . V j e d n o m k o m p 1 e x n Í m č Í s 1 e 1 z e z a c h y t i t d v a ú d a j e . P r o b I e m a t i c e p o u Ž i t í k o m p l e x n ís y m b o I i k y p r o p o p i s 1 i n e á r n í c h o b v o d ůj e v ě n o v á n a 9 . k a p i t o 1 a s k r i p t t z ] . K o m p l e x n ís y m b o } i k u l z e z a v é s t t a k , Ž e v e v y j á d ř e n Í č a s o v éz á v i s 1 o s t i p r o u d u a n a p ě t Í n a h r a d í m e g o n i o n c t r i c k o uf u n k c i k o m p 1 e x n Íe x p o n e n c i e 1 o u
ut (t)
ir
(t)
uo '=
,o
?t)
= uo {cos(c.rt* ?1) * j sin(ort
"j(r'rt+ tr)
= Io { c o s ( u r, * ? )
"j(c';t*
. ?r)}
* j sin(co t- Ť2)}
(l)
(4)
V p ř e d c h o z í c h v ý r a z e c h z n a m e n á U o , I o š p í č k o v éh o d n o t y n a p ě t í a p r o u d u , j i m a g i n á r n í j e d n o t k u , G Ú ú h I o v o uf r e k v e n c i , 9 1 , 9 2 fázi napětí a proudu a t čas.0kamŽité hodnoty proudu a napětÍ jsou pochopiteIně reálné a určuje je reá1ná část výrazů (]) a (a) P o m ě r o k a m ž i t ý c hh o d n o t U ř a i t j e č a s o v ě n e z á v i s l ý a u r č u j e k o m p l e x n Í i m p e d a n c i z , o b v o d u u s t á 1 e n é h os t ř í d a v é h o p r o u d u s e s i n u s o v ý m p r ů b ě h e m .J e z a v e d e n a p r o u s n a d n ě n Ív ý p o č t ův t ě c h t o o b v o d e c h , a j e j i m o ž n ot é Ž s t a n o v i t j a k o p o m ě r k o m p l e x n Í h on a p ě t í U s a k o m p l e x n í n op r o u i u 1 r
Zr =
Uř It
'
resp.
UT
:
z* Iř
(5)
P ř e d c h o z Í v z t a h y p ř e d s t a v u j Í d v ě e k v 1 v a l e n t n í v y j á d ř e n Í z o b e c n ě n é h o0 h m o v az á k o n a .
-r7
Xomp l e x nÍ p r o u d a n a p ě t Í J e d á n J a k o č a s o v ě n e z á v t s l ý s o u ě l n | t e l ()) a ({) tJ. platÍ
u'
= Uo"Jí''
=
It
tt'p.
(6)
to"JIz
plyne zg vztehu (5) plo vallkost
= 1 Protože "J'| k o m p I a x n íi m p e d a n c e
ve výrarech
(ebsolutnÍ hodnotu)
uo | = lttl = ro I m p e d a n c eo d p o r u . k a p a c t t v a i n d u k č n o s t l Proud a napětí na odporu Jsou vzáJemněsvázány vztehem = R I'
Ur
P o r o v n á n í ms ( 5 ) d o s t a n e n e ' Ž e p l a t í
z;=
(7)
ft
I m p e d a n c eo d p o r u j e r e á l n á a ť á z o v ý p o s u v m e z i p r o u d e m a n a p ě t í m n u l o v ý . N á b o J n a k a p a c l t ě C j e r o v e n s o u č l n u t é t o k a p a c i t y a n a p ě t í . V z h l e d e mk tomu, Že proud udává derivace náboje podle časubude platit i}
=
1ruj
ót
g
=
dut dt
=
j co. ur
"Jalt
Srovnáme-1i druhý a čtvrtý výtaz v předchozím vztahu (po vykrácení čIenu e x p ( j o rt ) se vztahem (5) bude platit
-r
Z;
"
= -
-i
= -
1c
r
e
a'c
-lrlZ
(8)
I m p e d a n c ek a p a c i t y j e r y z e i m a g i n á r n Í a Í ' á z o v ýp o s u v n a p ě t Í v ů č i p r o u d u b u d e - , I í/ 2 , P r o i n d u k č n o s tp 1 a t í Ut
= 1
dir dt
'
resp'
-
Uř
jaJ L I*
'
z č e h o žp r o s r o v n á n í s ( 5 ) p l y n e
Zl = JcoL : -r.3*/'
(e)
I m p e d a n c e1 n d u k č n o s t ij e o p ě t r y z e i m a g l n á r n Í a f á z o v ý p o s u v n a p ě t í v ů č l p r o u d u se Íi /2
-lB-
5ériovéřazení impedanbÍ Při
z|
R-tr
tt
viz obr.1
sďriovémřazenÍ teče všemiprvky
e I e k t r Í c k é h oo b v o d u s t e j n ý p r o u d ' a n a p ě t í n a c e 1 é mo b vodu je rovno součtu napětÍ na jednot1ivých prvcích.Pro
I
sáriový obvod sestavený z C a odporu R,kapacity p indukčnosti L bude roto platit
Obr. I Ť
U.
R IT
J
_l
I-
+
wC
t
3tt
=f*.r('.-*["
Il
Pod1e (5) bude impedance obvoďu kompIexnÍ a rovná
z' VeIikost
= R+:(-L--+)= \
arC
R+jX
I
( 10)
impedance bude určovat výraz
| =l"l '\|*'.(-. *f
(11)
a f'ázovýposuv napětÍ vůčiproudu bude roven ?
x
= arctg
R
= arctg
-
.'L-*
(12)
Z p ř e d c h o z í c h v ý r a z ů m ů ž e muer č i t v e 1 i k o s t i m p e d a n c ea Í á z o v ý p o s u v p r o z a p o j e n Í p o u z e d v o u p r v k ů . T ř e t Í p r v e k n a h r a d í m ez k r a t e m ( R nebo 0 či L=0 = L/utC 0 ) p l a t it : Bude pro obvod RL ( 1l)
?
arctg
coL
-59-
( 14)
pro obvod
RC
R2* jT
arcts (\
( 15.)
t
(16) RC
r.l
Parale}ní řazenÍ;!gggg|ry.! tomto řazenÍ prvků e1ektrickéhoobvodu, viz obr.2 je na všech prvcíclr stejné napětí a celkový proud j e r o v e n s o u č t u p r o u d ůt e k o u c Í c h j e d not1ivými prvky. Pro para1e1nířazenÍ Při
odporu, kapacity a indukčnosti bude platit (viz vztahy (7), (8), (9) ).
Obr. ? It
=
-!
zR
gt .
(++
t u' 1 zL,
Iu 7c
j<^rC
*)u.
Zavedeme-Ii oojem admitance, coŽ je převrácená hodnota impedance
Yt
m ť t Ž e m ez a p s a t
Iř
Y ej?'
=
1
I
z'
z
v z t a h m e z i n a p ě t í m a p r o u d e mv e t v a r u
Y'Uř
(G + jB)
Uř
G
utC
(18)
.
reáIná sloŽka admitance (vodivost, složka admitance (susceptance). Pro B platÍ Zde je
(17)
"-jÝ
G=l/R)a
je imaginárnÍ
(1e) ctt L
-40-
Velikost
admitance je rovna
l'/=
tl + -(-'-* R'
Yř
t
I
a pro fázový posuv
?,
\
)
'
(2 0 )
proudu vůčinapětÍ platÍ
?, B G
arctg
)'
-t
arctg (-*'
ť.
)
(21)
Z p ř e d c h o z í c h v ý r a z ů m ů Ž e muer č i t v e 1 i k o s t a d m i t a n c e a f ' á z o v ý p o s u v p r o p a r a l e l n Í z a p o j e n í d v o u p r v k ů . T ř e t Í p r v e k n a h r a d í m en u I o v o u a d m i t a n c í ( l/R = 0 , CrrC= 0 , L/t^ll = 0 )' Ze vztahů (zo) a (2l) plyne pro obvod
RL
I
+
R'
?,
arctg (
pro obvod
RC
I
W
(22)
R
(2t)
A'L
(24)
?,
arctg c^rR C
(25)
Fázový posuV ?, proudu vůčinapětí je roven záporně vzaté hodnotě fáz o v é h op o s u v u Ý napětÍ vůčiproudu (? = - 9') , viz vztah ( 17).
MěřenÍúčiníku. K m ě ř e n í ú č i n í k us e v y r á b ě j Í p r o t e c h n i c k o u f r e k v e n c i 5 0 H z p ř í s t r o j e , n a j e j i c h Ž s t u p n i c i I z e p ř í m o o d e č Í t a t ú č i n Í ks o u s t a v y p ř i p o J e n é k e z d r o j Í . V p r a k t i k u , a b y c h o ms e s e z n á m i 1 i t é ž s m ě ř e n í mv ý k o n u , p o u Ž í v á m ek m ě ř e n Í ú č i -
n Í k u w a t t m e t r u . Ú e i n t x m ů Ž e mvey h o d n o t i t z r o v n i c e ( 2 ) , z m ě ř Í m e - 1 ik r o m ě v ý k o n U P t é Ž e f e k t i v n í p r o u d a n a p ě t Í n a z á t ě ž i . K m ě ř e n Í j e m o Ž n op o u ž í t o b v o d zakreslený na obr. ).
- 41 -
CÍvky wattmetru jsou znáz o r n ě n y v 1 n o v k a m iz l o m e ných čar. Proudová cívka se zapo.iuje do serie se z á t é Ž Í , n a p ě Ť o v á ,k t e r á má větší počet závitů, P6-
R
raIe1ně. Zpravidla se pouŽÍv a j í e 1 e k t r o d y n a m i c k éw a t t metry, které majÍ poměrně
L ?v
m a l ý o d p o r n a p ě t o v éc Í v k y . lapojujeme proto napěŤovou cívku co nejblíŽe ke zdroj i , a b y p r o u d o v o uc Í v k o u neproténebo ampérmetrem
. Obr. ,
ka1 proud tekoucí napětovou cÍvkou. l.lattmetr bude správně zapojen, bude-li vstupnÍ proudová a napětová svorka, které jsou označeny šipkami, propojeny do jednoho uz1u. Proudová svorka označená šipkou musí být za}ojena u zdroje, dfuhá označená A u zátěže. Při jiném zapojení bude mÍt výchy1ka přístroje ne.směr. správný Jako zátěŽ je na obr.]
zakresIen sériový rezonanční obvod. Při
měření
j i n é h o o b v o d u m u s í b ý t p r o p o j e n í p r v k ů p ř Í s 1 u š n ý m z p ů s o b e mz m ě n ě n o . Z a p o j e n Í na obr') odpovídá obvodu pro měřenÍ pracovnÍho Úko1u č.]. 0bvod je napájen z transformátoru
220/60 v.
D o p o r u č e n ýr o z s a h w a t t m e t r u
rozsah stupnice pak odpovídá výkonu }7'5 }l. 0,5 A ' "jIý j e VýsIedek měření ovlivněn ce1ou řadou chyb. Především jsou to náhodné Ty jsou poměrně ve]ké, měřímechyby dané třídou přesnosti měřícího přístroje. -li na začátku stupnice. Up1atnit se můŽei ko1ÍsánÍ frekvence sÍtě ( f = Je
75 v,
= 50 t
0,5 Hz ). Systematická chyba j.e dána především vnitřním odporem ampérmetru a vo1tmetru (viz ú1oha 2), měřÍme-1i v zapojenÍ podle obr.1.
Vvhodnocení ve1ikosti
impedancí
Známe-li efektivní
hodnoty proudu
I
hodnotit
a napětí
velikost impedance Z , nebo admitance vztahů (5) resp. (18) (viz text za rovnicÍ (5)).
ZT
resp
YU
Y,
, m ů ž e m ez n i c h v y zapojené v obvodu. Ze U
(22)
V r á m c i t é t o ú I o h y m ě ř í m eú ě i n í k , k t e r ý j e f u n k c í f á z o v é h o p o s u v u ? P r o t o Ž e k o s i n u s j e s u d á f u n k c e , m ů Ž e m zee z n á n é h o d n o t y ú č i n í k uu r č i t p o u z e a b s o 1 u t n Í h o d n o t u f á z o v é h o p o s u v u . Z r o v n i c ( 2 2 ) n ť : Ž e mvey p o č í t a t v e 1 i k o s t i m pedance nebo admitance a z Í,ázovéhp o o s u v u , a Ž n a z n a m é n k o ,p o m ě r r e á I n é a i m a g i n á r n Í č á s t i i m p e d a n c eě i a d m i t a n c e . J e - 1 i k o m p 1 e x n í1 m p e d a n c eu r č e n a i m p e d a n c e m i d v o u i d e á l n Í c | i p r v k ů e I e k t r i c k é h o o b v o d u ( o d p o r e ma k a p a c i t o u n e b o o d p o r e m
-42-
a indukčností), můŽeo€ z fázového posuvu a poměru napětí a proUdu určit
veli-
kost obou prvkŮ.
(rl)
Pro seriové spojenÍ indukčnosti
(14)
L=
a odporu
plyne z rovnic
R.
ft=U tI
(21)
IU (,
Lu
Pro paralelnÍ
(22) , (2r)
(24)
I
spojení indukčnosti
Lo
a odporu Ro
plyne z rovnic
Rp=IU
( 25)
IU
to
(26)
dI
U cÍvek je obtíŽné dosáhnout toho, abY jejich odpor byl zanedbate1ný a fázový po5Uv napětí vůči proudu se znatelně nelišil o d , i ť/ 2 Metoda, kterou měřÍmeu této ú1ohy fázový posuv sice není příliš přesná, přesto má smys1 určit hodnotu seriového nebo parale1nÍho odporu v náhradních schématechcívky. U kondenzátorů je situace poněkud jiná. Pokud se nejedná o e1ektrolytický kondenzátor, lišÍ se v]'astnosti reáIného kondenzátoru jen málo od v1astnos* tÍ ideální
kapacity.
0 d c h y l k y b y o y t o m o z \ r oz j r s t Í t
Ší metody měření, např.
pouze přÍ použití přesněj-
můstkové '
l Pracovním úkolu 2 však máte měřit účiník sdriového a paraleIního spojenÍ rezistoru a kondenzátoru. Známe-li kapacitu zapojeného kondenzátoru, můŽeme pro para1elní spojenÍ spočítat odpor sériově zapojeného rezistoru z rovnic
(l5)
nebo (l6),
pro para1e1nÍ zapojenÍ z rovnic (24) nebo (2,. Úprava v z t a h ů j e j e d n o d u c h á , p r o t o z d e n e u v á d Í m e v ý s 1 e d n é v z o r c e . Z n a m é n k of á z o v é h o posuvu <| musÍ být takové, aby vypočÍtané R Impedance Z le rovna > o poměru efektivního napětí U a proudu I (z = U/I), admitance Y = I/U T í m t o z p ů s o b e mv ý p o č t u o d p o r u z Í s k á m e s p r á v n o u h o d n o t u , p o k u d k o n d e n z á t o r n e má vlastnÍ
vodivo5t,
tj.
chová se jako ideální
kapacita.
Nakolik
je tento
p ř e d p o k l a d s p 1 n ě n m ů ž e m eo d h a d n o u t z m ě ř e n Í Ú č í n Í k u 5 a m o t n é h ok o n d e n z á t o r u (viz prac. Úkol l).
4r-
Pokud kondenzátor má nezanedbate1nou vodivost (cos ý l 0), museIi bychom vyhodnotit jeho odpgr a kápacitu pro sďr,iové (R.,C.u) či paraIe1ní (Rp,Cp) náhradní zapojení.7 'rrcvnic (t:) a (16) ptyne pro sďriové zapojenÍ
(^)
5
( 2 1)
I
I I
r
U
( 2 8)
Pro parale1nÍ ZapoJení kapacity
-t , l I P@u
a odporu plyne z rovnic
(2tr) a (25)
(2e)
--
(i0)
U I
Literatura BroŽ J
Zák}ady fyztká1ních měřenÍ, I,
a ko I
č]. 4.|.2.4, 5ediák
Baku}e R. :
R
4.4.4.l,
E]ektřina
4.4.6.l,
a magnetismus
SPN, Praha ),97r, II.vyd.
1
l'1ĚňEllÍ
INDUKČN
l1 E T 0 D t] U
5PN, Praha 198i 4.4.7.I, stat 2r.4.2 1980, III.vyd.
1986
KAPACITY
OST{
P Ř Í M0 U
Pracor,ní Úkol l.
indukČnosti cÍvky na procházejícÍm proudu pro tyto případy: Změřte závislost a) cívka bez jádra b) cívka s otevřeným jádrem c) cÍvka s uzavřeným jádrem
2. PřÍmou metodou změřte i odpor cívky a určete jejÍ '.
1nrěřte velikost
4,0dhadněte
kapacit
přesnost
kva1itu
kondenzátorů z kapacitnÍ dekády
měření. Výsledky měřenÍ tikolu lc)
-44-
zakreslete
do grafu
Uvod Tato úloha je jednou z těch, které jsou věnovány problematice měření v obvodech se střídavým proudem. Je v podstatě zjednodušenou variantou předchoz í ú l o h y . V a š Í m ú k o 1 e mb u d e z n a m ě ř e n é h o n a p ě t í e p r o u d u vyhodnotit ve1ikost impedance cívky a kondenzátoru. Protože na rozdÍ1 od ú1ohy ě.6 neměřÍte výkon spotřebovaný v obvodu, nelze vŽdy vyhodnotit fázový posuv proudu a napětÍ. Vztahy popisující poměry v obvodech střÍdavého proudu jsme uváděIi jiŽ u ú}oh y č . 6 , z d e s e p r o t o o m e z Í m en a s t r u č n ě j š Í výk}ad' Dop1nit zna1ostÍ sÍ můŽete téŽ v 9. kapito1e skript tz]. Impedance cívkv ProcházÍ-li elektrický proud harmonickéhoprůběhu (v komp1exní symboIice .t i-= io exp {j al t} ) cívkou'; jejíŽ Índukčnostje L , bude okamžitá hodnota napětÍ na této indukčnosti ut
=
L
dtt
=
dt
JArL
.a
I
(l)
za předpok1adu' Že odpor cÍvky je nu1ový. V rovnici (1) přitom znerocná l' čas, j imaginárnÍjednotkua rlr kruhovoufrekvenci (al = 2lIE f). Výraz r.rL se nazývá induktancÍ cÍvky a má rozměr ohm (9)' Jednotkou indukčnosti je henry (H). Jednotkovou indukčnost má vodič, v němŽ se i'ndukuje e]'ektromotorické napětÍ jednoho vo1tu, jest1iže p r o t é k a j Í c Í se proud mění rovn o m ě r n ě o j e d e n a m p é r z a j e d n u s e k u n d u' NapětÍ na indukčnosti je u cÍvky, v nÍž nedocházÍ k přeměně eIektrické energj.e v tepeInou, posunuto vůči proudu o |E/2 V rovnici (1) je tento posuv matematicky vyjádřen násobenÍmÍmaginárnÍ jednotkou j V kaŽdé reálné cÍvce docházÍ ke ztrátám e1ektrické energie' Tyto ztráty mohou být způsobeny b u ó o d p o r e m v i n u t Í c í v k y , n e b o k n i m m ů Ž ed o c h á z e t v materiálu, z něhoŽ je vyrobeno jádro cívky. ChovánÍ reáIné cívky pak m ů Ž e m ev y s t i h n o u t n á h r a d n í m schematemdaným sériovým řazenÍm odporu R a indukčnosti L (obr. l ) . Naoětí mezi body l a 2 na obr.l bude rovno souČtu napětí na odporu R a indukčnosti L V k o m p l e x n í s y m b o l i c e m ů Ž e r n pe s á t
u'
R,_ i*
+
jc.r L ir
(
R * jr.t
N a p ět Í u . b u d e p o s u n u t o v ů č i p r o u d u i } o úhel ? p o s uv e m.
L
)
it
(?)
' k t e r ý n a z v e m ef á z o v ý n
Anplitudové a Íázové poměry v obvodu podle obr.l jsou schematÍcky znázorněny na obr.2. Tangenta fázového posuvu j e ( v i z rovna ? téŽ rovnice (14)
ú t o n ye )
tS?
(l)
Rt
-45-
tZ
RLL
Obr. I
Ri Obr. 2 Ve1ičina ts Ý se nazývá činite1 jakosti cívky Q = tg í Při danéindukč. n o s t i j e k v a 1 i t a c Í v k y t Í m v ě t š Í , č í mm e n š Íj e j e j Í o d p o r . V e I i č i n o u Q s e hodnotí kvaIita cívky. BěŽně je Q = 10 až 100 I m p e d a n c ec í v k y j e . d á n a k o m p l e x n í mv ý r a z e m Z . = R L + j c e rL JejÍ ve1ij e kost rovna
l t'l
(4)
Impedancekondenzátoru Je-Ii ke kondenzátoru o kaoacitě C přiIoŽeno napětÍ harmonického průběhu .t -: - t p o s u v n ý p r o u d. i ; bude tekouc í kondenzátorem roVen }, {
u.= uo exP
.ř l -
3co C u?
p
(5)
Z á r o v e ň s p o s u v n ý mp r o u d e mv Š a kp r o c h á z í r e á I n ý m k o n d e n z á t o r e m i v o d i v o s t n Í (viz obr.l) pr o u d i r _ť R
iř
závislý
na odporu
iř
=
\b,
kondenzátoru. Celkový proud
if*
a b u d e p o s u n u t v ů č i p ř i 1 o ž e n é m un a p ě t Í o rovna
tsÍ
c,
kondenzátorem bude roVen
0
= (j@C
if
.*
I
Tangenta tohoto úh1u bude
RC
Předchoz í vztah plyne z rovnice
( 7 ) a j e o b d o b n ý v z t a h u ( 2 5 ) z ú 1 o h yč . 6
-46-
(u)
a
.a l7
9
R.
Obr
0br
K v a I i t a k o n d e n z á t o r us e h o d n o t Í z p r a v i d 1 a ztrátovým činite1em, coŽ je tangenta úhlu ď , d o p l ň k o v é h ok f á z o v é m up o s u v u proudu vůči napětÍ ? (| * ď =,E/2 ) (viz obr.4). Ztrátový činitel je tedy roven reciproké hodnotě ts ý (činitele jakosti)
tsď
(8)
(^) RC
Kondenzátor je tÍm kva1itnějšÍ, č Í mj e j e h o z t r á t o v ý č i n i t e 1 m e n š Í c o ž zname, n á , č í mj e p r i d a n ék a p a c i t ě v ě t š Í i m p e d a n c e kondenzátoru. S výjimkou elektrolytických kondenzátorú je při síŤové frekvenci 50 Hz ztrátový činitel běŽnýchkond e n z á t o r ů m e n š Ín e ž 1 0 - ] Znamená to, Že ín} > Jo / [cI Z rovnice (7) pIyne, že impedance para1e1ního zapojení (obr. l) odporu a kapacity je roVna (srovnej s výrazem (2+) ritony 6 pro admitanci)
z* = (++ Velikost
: a, C r)
-t
(e)
impedance bude rovna
lr*l
(10)
Měření indukčnosti Poměr efektivnÍch
hodnot napětÍ a proudu je
z=+=
roven ve]ikostÍ
impedance
(11)
Změříme-li proud protékajÍcÍ cÍvkou a n a p ě t í n a n í ' u r č Í m eh 1 e d a n o u indukčnost ze vztahu
-41
-
luz t rz 2,ť
R2
(12)
t
f
ve kte:ém f je frekvence. M ě ř e n í p r o v á d Í m ev z a p o j e n Í p o d l e o b r . 5 ObvodpřipojÍme bučke zdroji s t e j n o s m ě r n é h on e b o s t ř í d a v é h o n a p ě t Í . S o b v o d e mn a p á j e n ý m n a p ě t Í mz m ě ř í m e s.tejnosměrným odpor R cÍvky, který, jak plyne z rovnice (11) pro á) = 0, b u d e r o v e n p o m ě r un a p ě t í U a proudu I Toto měřenÍprovádímepouze pro cÍvku bez jádra. Protože odpor cÍvky je řádově 1 0 0 . n , z a p o J ' u j e m ev o l t m e t r z a a m p e r m e t r( p o 1 o h a k 1 í č e b ) J e v h o d n ép o u ž í t n a p ě t Í 6 Y =
Obr. 5 U cÍvky s jádrem se uplatňují n e d o k á Ž e m eu r č i t .
Při
i
ztráty
v jádře,
které při
měření touto metodou
vyhodnocení indukčnosti k těmto ztrátám
nepřih1íŽíne.
0a1ší měřenÍ provedeme se střídavým napětím. Napětí pro obvod odebíráme z rozvodné sÍtě 120 V, 50 Hz, nebc při malých proudech cívkou transformujeme , ; , t napětÍ 22a Y transformátorem z20 v / 6,, u NapětÍ v obvodu pak je pouze 6,) V n, a s n a d n ě j i m ů Ž e m ep o t e n c i o m e t r e m P n a s t a v i t m e n š Í h o d n o t y p r o u d u . Zapojení s napájením obvodu z transformátoru
je zakres1eno na obr.6
pro přÍ.
pad měřenÍ kapacity. l'těření indukčnosti provádíme ve všech případech pro několik hodnot proud ů . D o p o r u č e n ýp r o u d o v ý r o z s a h j e u c í v k y b e z j á d r a 0,1 A aŽ 0,5 A , Pfo
cÍvku s jádrem od při
0'05 A
aŽ
U cívky s uzavřeným jádrem je moŽno
0,25 A
p e č I i v é mm ě ř e n í z j i s t i t
závis1ost Índukčnosti na proudu procházejícím cÍvkou. Změny indukčnosti jsou způsobeny závis1ostÍ permeabi}ity jádra na veIikosti magnetické Índukce v jádře. Přesnost měření nebude ov1ivněna vnitřnÍm odporem přístrojů' zapojení podle obr'5)
RV
bude vnitřnÍ
T
U
'
odpor vo1tmetru
RV
pokud (při
sp1ňovat pocmínku
(poloha b )
n e b o V n i t ř n í o d p o r R A a m p é r m e t r ub u d e
Rn
T
U
(poloha a )
S p 1 n ě n Í n e r o v n o s t í p o k 1 á d á m e z a u s p o k o j u j í c í , p o k u dp r a v á a 1 e v á s t r a n a s e l i š Í a 1 e s p o ň s t o k r á t . N e n Í - 1 i t o m u t a k , p r o v e d e m ek o r e k c i n a v n i t ř n Í o d p o r t a k , j a k je vysvětleno v úLoze č.2
- 48. -
MěřenÍ kapacitv
M ě ř e n Í p r o v e d e m ev z a p o j e n í p o d l e o b r . 6 Z b e z p e č n o s t n Í c hd ů v o d ů , J e 1 i k o ž u m ě ř e n ék a p a c i t y ( k o 1 Í č k o v éd e k á d y ) 3sou propojovacÍ 1išty nechráněny vůči dotyku měřÍcího, c m ě ř í m e s n a p ě t Í mp o u z e 6,3 Y al z transťormátoru. Přesnost měření by bylo m o Ž n os i c e z v ý š i t p ř i p o Obr. 6 u Ž i t Í v y š š Í h on a p ě t í , o v š e mp ř i d a n é mu s p o ř á d á n Í b y t o b y t o n e b e z p e č n é .Z a n e d b á m e - l i vlÍv odporu kondenzátoru R > >( a l C ) - l ' je moŽno kapacitu určit
2?0v
6,gv-
ze vztahu
r / (zri f u) v němŽ je f
I
efektivní
(rJ)
hodnota proudu,
frekvence.
U
efektivní hodnota napětÍ a
Odpor měřených kondenzátorů 3 e ř á d o v ě 1 0 6 Í } a v Í c e . Z a p o j u j e m ep r o t o vŽdy voltmetr před ampérmetr, jak 3e zakresleno na obr.6. 0dpor kondenzátoru m ů Ž e m ep ř i b l i Ž n ě změřit, připojÍme-}i zdroji
stejnosměrného napětÍ (viz
o b v o d s v o ] t m e t r e ma k o n d e n z á t o r e m ke R j e p a k r o v e n p o m ě r un a p ě t Í aproudu (R=U/Í Proměření ) p r o u d u p o u Ž i j e m ec i t I i v ě j š Í z obou měřÍcÍch přÍstrojů.
obr .7), 0dpor
Obr. 7
L ít e r a t u r a tt] Ez)
B r o žJ
a kol. :
Základy fyziká1ních měřenÍI, SPN, Praha lggl č1' 4.4.6.L, 4,4.6.2, 4.4.7.1 4.4.7,2 , 5ed1ák B, Baku}eR.: E1ektřína a m a g n e t i s m u s '5 P N , P r a h a l 9 7 l II. vyd. 1980, IiI. vvd. 1986
-49-
MĚŘEN1
METODOU
REZ0NANČNÍ
IMPEDANCÍ
PracovnÍ Úkol 1
Pomocí modelu Q-metru stanovte vzájemnou indukčnost cÍvek označených A a B.
L
P r o j e d n o z m o ž n ý c hz a p o j e n Í c í v e k
A , B proměřte rezonančnÍ křÍvku. s teoretickým a vyhodnotte míru út1umu,
Naměřený průběh porovnejte graficky činiteI
jakosti
,. Na Q.metru
a náhradní sériový odpor obvodu.
BM ]l1
G
R e z o n a n č n Íf r e k v e n c e
změřte impedanci rezistoru,
RLC
cívky a kondenzátoru.
obvodu
Ve].ikost impedance sériového nebo admitance paraJ.e1níhozapojení indukčL , kapacity C a odporu R jsme uvedli v návodu pro ú]ohtl č.6
nosti (viz vztahy (1t) dem
I
a (20)).
anapětÍm
U
Pro sériové řazenÍ těchto prvků bude vztah mezi prou-
udávatvýraz i
_i_
\2
(1)
I
< ^ : CI Pro paraIelnÍ obvod
\t)
UdrŽujeme-li na sériovém obvodu konstantní napětí maximá}ní proud
Q)t
I.
při
ú h 1 o v éf r e k v e n c i
O.
U,
poteče obvodem
, pro kterou p1at í
I
(l)
fLC
0bdobně pro para1e1ní obvod bude p1atit,
Že při
konstantním proudu pro-
tékajícÍm obvodembude na prvcích obvodu maximá1ní napětí
U, opět při úh].o( ] ) . = u) ť , vyhovujÍcÍ vztahu Frekvenci nazýfr @r / 2,It váme rezonančnÍ frekvencí. V případě sériového obvodu dochází při frekvenci f. k p r o u d o v é r e z o n a n c i , v p a r a 1 e 1 n í m o b v o d u k n a p ě Ť o v ér e z o n a n c i . vé f rekvenci
Redukovaná rezonanční křivka Redukovanou rezonanční křivkou rozumíme závis}ost poměrnéhodnoty proudu (prosériovýobvod) I / Í,=Y (proparanebonapětínaobvodu U /|Jt=y .U., ]l:]nÍ obvod) na rozladění = x Cn / ur Hodnoty I" . k nimŽ vztahuj s o u maximá1ní hodnoty těchto ve1ičin při rezonanci. J..re proud a napětí
50
Ze vztahu (i)
U R-
ptyne pro sériový obvod
I
(4)
r
ze v|tahu (2) pro para1elnÍ obvod
r=-5 R Podělíme-li
(5)
vztah ( l)
výrazem (a),
d o s t a n e m e p o 3 e d n o d u c h éú p r a v ě
R2+ R?
C * -T-
(.r-l-
(6)
V poslednÍm výrazu označÍme
(7a)
- TLc :
(7b)
Q'r
\ , z t a h ( 6 ) p a k m ů Ž e m ep ř e v é s t n a ! v a r
d2*
Lt
d-
l.^
-
x
(8)
\2 l který
popisuje
redukova-
nou rezonanční křivku. Obdobně bychom ze vztahu (2) došli k výrazu (8)
2
v
pro paraleInÍ obvod. Ve] iči'na d je v tomto
I
I0't
přÍpadě roVna
I
n
n =+17 Pro
o,B oBir ll
xr
I
1í
xz
-
je
reduko-
vaná rezonanční křivka
1.? a/ar,
0br
5l
d = 0,1
ía\
-
zakreslena
na obr. I
MÍra útlumu Ve1ičina
d
vystupující
v e v z t a h u ( 8 ) s e n a z ý v á m í r a ú t 1 u m ua c h a r a k| . r :
š Í ř k u r e z o n a n č n Í k ř i v k y . Ř e š e n í mr o v n i c e Žeme přesvědčit, Že tozdÍI poměrných frekvencí
rizuje
y2 = 0,5
y2 = 0,5 ) se mťl, x2 , Pfo které je
(8) (pro
'1
je roven
l"
,rl
(]) 5tanovÍme-1i rezonanční frekvenci a míru út1umu, je moŽno ze vztahů a (7a) nebo (9) určit ve1ikost dvou ze tří prvků, 3eŽ tvoří rezonanční obvod. Velikost třetího musí být pochopite1ně známa. Z m ě ř e n Í m í r y ú t l u m u v š a k v p r a x i m ů Ž en a r á Ž e t n a u r č i t é o b t í Ž e . V e f r e k -
a Ž t 0 8 t t z , v e k t e r é m 5 e r e z o r r a n č n ím e t o d a n e j č a s t ě j i p o v e n č n Í mo b o r u l 0 5 u Ž í v á , j e t y p i c k á h o d n o t a m Í r y ú t 1 u m uo b v o d u s e s t a v e n é h o z c Í v k y a k o n d e n z á t o C h c e m e - } i z m ě ř i t m Í r u ú t 1 u m us p ř e s n o s t Í n a p r o c e n t a , d - I0-2 fU, řádově 0,0l % nebo Iepší a musí být přesnost nastavenÍ a čtenÍ frekvence řádově generátoru řádu
stabilita
To je na'hranici
10-5
moŽností běžných generáto-
rů. Kromě toho je tento postup zd1ouhavý, neboŤ vyŽaduje tři operace. Nastavit rezonancr a po odečtenÍ hodnot proudu (napětÍ) a rezonanční frekvence na1ézt - témudÍ1u hodnoty dvou trekvencÍ, při nichŽ je proud (napětÍ) rovno I / F hodnoty v rezonanci.
Pro stanovení impedance se proto vo1Í výhodnější postup'
k t e r ý p o p Í š e m ed á 1 e .
Činite]
jako5ti
7
V návodech k útoze (vztah ())
činite1
a ztrátovÝ
jsme zaved1i termíny - činite1
úIohy 7) a ztrátový
Bezrozměrnými ve1ičinami
Q
obVodu
a
činite1 tu ď
tg ď
jakosti
kondenzátoru (vztah
1ze popsat vlastnosti
RLC
0
cívky
(8) úrohy 7). obvodu
enerVšechny tyto veIičíny charakterizují dobře 3ako mírou ÚtIumu d j a k o s t i . getické ztráty v obvodu, nejpouŽívanější je přitom termín činite1 Ztráty energie v obvodu jsou především určeny v1astnostmi cívky (odporem vinutÍ, ztráty v jádře, YYZářená energie). Ztráty v kondenzátoru jsou běŽně stejně
vůči ztrátám v cÍvce zanedbatelné.0
této problematice
jsme psaIÍ u ú1ohy 7
8.!ovánÍ reálné cÍvky lze přibIiŽně vystihnout sériovým zapojením odporu R a indukčnostÍ L (viz obr.1 ÚIohy 7 ). Činitet jakosti cívky je pak určen C ze vztahu Dosadíme-li do výrazu (7a) za kapacitu vztahem (]) v Úloze 7 (l),
dostaneme
(10) @,
L
t e n t o v ý r a z s e v z t a h e m ( } ) ú 1 o h y 7 v i d Í m e , Ž e m í r a ú t I u m uj e r o v n a převrácené hodnotě činiteIe jakosti cÍvky o indukčnosti L , sériově řazené s S r o v n á m e -l i odporem R
P1atí tedy
-52-
d"L
-T-
-_ - i l
t!.
(11)
je v tomto přÍpadě sériový náhradní odpor obvodua činítel jakosti Q u r č u j e f o r m á 1 n ěs t e j n ý v ý t a z j a k o t a n g e n t u f á z o v é h op o s u v u ? ' p r o u c t u a napětÍ sdriového řazenÍ odporu R a indukčnosti L V rezonančnÍm obvod u j e p ř i r e z o n a n c i f á z o v ý p o s u v s a m o z ř e j m ěr o v e n n u l e = ! ? P ř i p a r a 1 e I n Í mř a z e n Í c í v k y a k o n d e n z á t o r u n a h r a z u j e m ez , t t á t y v c Í v c e a k o n d e n z á t o r u z t r á t a m i v p a r a 1 e l n ě ř a z e n é mo d p o r u' M í r a ú t 1 u m uj e v t o m t o p ř Í p a d ě u r č e n a v z t a h e m ( 9 ) . D o s a d Í m e - I id o ( 9 ) z a i n d u k č n o s t p o d l e ( ] ) dostaneme Odpor R
Clrr
(12)
R C
Srovnáme-1i tento výraz se vztahem (8) ú1ohy 7 , v Í d Í r n e ,Ž e m Í r a ú t l u m u p a r a lelnÍho RLc obvodu je rovna ztrátovému činite1i para1etnÍho zapojení náhradnÍho odporu R a v obvodu zapojené kapacity C při rezonančnÍ frekvenci rrr d = t g ď , . . r r i p o m e ň m e v š a k , p ř i r e z o n a n c i ( c ^ l= c . r " ) j e f á z a v ý p o s u v '",i ""ikovým proudem a napětím na obvodu roven nule, takŽá ď = Í ť/ 2
přepětÍ
činitel
NynÍ přejdeme k popisu metody měření, která se nejběŽněji pouŽívá v kom e r Č n ěv y r á b ě n ý c h p ř Í s t r o j í c h n a z ý v a n ý c h Q-metry I když rezonančnÍ měřenÍ lze provést s oběma typy obvodů, rea1izujÍ se převáŽně se sériovým obvodem. To umoŽňujerněření zjednodušit, i kdyŽ za cenu zavedenÍ určité svstematické chyby metody. Při
měření se obvykJ.epostupuje tak, Že se při konstantnÍ úhlové freka konstantnÍm napětí nastavuje obvod do rezonance změnou kapacity kondenzátoru. Na kondenzátoru se měří napětí UC , které určuje vztah venci
u)
uc (L C@2 - Ď2
( 11)
Tento vztah plyne z (1), uváŽíme-li, Že uc = I / c^tC l ' | a p ě tÍ U c b u d e m a x i m á 1 n í ,j e - I i s p l n ě n a p o d m Í n k a
u2
I LC
R2
-l
-
2 @r
or-
T u t o p o d m í n k uz Í s k á m e n a 1 e z e n í m e x t r é m u funkce (1]) za předpokladu, Další úpravu provedeme s přih1édnutÍm ke vztahům (]) a (11).
U.= konst.
-5r-
( 14)
Že
Q d o s t a t e č n ěv e I k ý , p r a k t i c k y p o s t a č í Q > 1 0 , Bude.1i činite1 jakosti j e m o Ž n ob o l o Ž i t ( . )= c u r , a n i ž b y v ý s l e d e k m ě ř e n Í b y 1 t í m t o z a n e d b á n í mp o d . s t a t n ě o v 1 i v n ě n ' Z n a m e n át o p o t o m , Ž e o b v o d n a s t a v e n ý d o s t a v u , v e k t e r é m j e Frekvence Q , n a p ě t Í U c m a x i m á 1 n í ,m ů ž e mpeo v a Ž o v a t z a o b v o d v r e z o n a n c i . p ř i k t e r é m ě ř Í m ev y h o v u j e v z t a h u ( ] ) a z t o h o t o v z t a h u m ů Ž e msep o č í t a t n a p ř Í k1ad zařazenou indukčnost, známe.li kapacitu. na obvodu se P o m ě r m a x i m á I n í h on a p ě t Í U c ' n a k o n d e n z á t o r u k n a p ě t í U Z ů s t á n e m e - 1 iu p ř e d p o k 1 a d u , Ž e p o d m Í n k(u1 4 ) p r o nazývá činite1 přepětÍ Qf j e d n o d u š š íp o d m í n k o u d o s a ž e n Ím a x i m á l n í h on a p ě t í n a k o n d e n z á t o r u 1 z e n a h r a d i t (l), plyne z (L3) pro @ --@ r
uct
0f
1
@.
(15)
R C(dr
U na obvodu, a U k o m e r č n Í c hp ř í s t r o j ů j e z a r u č e n a k o n s t a n t n o s t n a p ě t í Uc 1ze ocejchovat přímo v hodnotách stupnici vo1tmetru, jÍmŽ měřÍmenapětí čÍnitele jakostÍ.
zavádíme tím, Že měřÍmemÍsto činite1e jakosti čipod1e pĎesně plan i t e 1 p ř e p ě t Í , m ů Ž e m ee 1 i m i n o v a t z p r a c o v á n í m v ý s 1 e d k ů m ě ř e n í Pro běŽná měření e1ektrotechnických součástek to tících vztahů (1]) a (14) je to i zbytečné, nebot chyvšak není nutné a při hodnotách Qry100 a vyšších která u 0-metrů b a m e t o d y j e p a k m e n š Ín e Ž v 1 a s t n í c h y b a m ě ř í c í h o p ř í s t r o j e , Chybu metody, kterou
Činí nejméně l
X
ExperÍmentáInÍ uspořádánÍ
e
PC pnet&or G
r-
l. lu:
PrincipiáIní modelu
Q-metru
schéma se kte-
rým měřÍme první část ú1ohy, je zakres1eno na
Lv
Rezonančníobvod
obr.2
je tvořen
v případě za-
kresleném na obrázku cívkami
(
Črtat
denzátore'
.
LB CN
a konToto za-
pojení s]ouŽí k měření vzájemné indukčnosti. Ko-
I
?i'
LA
I I
Lap
I
_J
m u t á t o r e m m ů Ž e m em ě n i t vzájemnou orÍentaci vinutí cívek.
| ( d y b y c h o mm ě ř i 1 i
indukčnost jedné z cívek, jsou svorky určenépro druhé cívky zkratovány. V našempří-
připojení
padě je generátor
Obr. 2
-54
a měřícÍ
F r e k v e t r ri ; p ř Í s t r o j i n d i k u j Í c í r e z o n a n c i v á z á n Í n d u k č n ěc í v k a m i L u a L a o j e j í m j e a v y c h ý 1 e n í mn r ů o t o č n á g e n e r á t o r u m ě ř í m ep ř e s n ě č Í t a č e m C. í v k a L u Žerrrm e ě n i t v a z b u m e z i g e n e r á t o r e m a r e z o n a n č n í mo b v o d e m .N a p ě t Í i n d u k o v a n ó v c Í r v c e L ^ ^ j e Ú m ě r n ép r o u d u t e k o u c í m ur e z o n a n č n í mo b v o d e m . T o t o n a p ě t í m ů Ž r l _ oP
mi1ivoItmetrem BM 512), nebo po usměrněnÍ ga1vantrJe třeDruhý přÍpad je zakreslen na obr.2 G metrem připojeným na svorky SnaŽíme se vybrat diodiody není lineární' ba si uvědomit, Že charakteristika me buó me.rit přímo (např.
P?k je výchy1ka ga1vanometru přib1ižně úmip r o u d u r e z o n a n č n í mo b v o d e m . M ě ř í m e - 1 i n a p ě t í n a c Í v c e . " o nenÍ dioda zapojena a údaj voltmetru je úměrnýproudu v rezocharakteristikou,
du s kvadratickou měrná čtverci livoltmetrem'
n a n č nÍ m o b v o d u . 6bvodem, se kterým měřÍte v prakti"ku, chceme modeIovat činnost přÍstroje Komerční pro měřenÍ impedancÍ při vysokých frekvencÍch, takzvaného Q-metru přÍstroj má stejné zák}adní prvky jako náš mode1 l generátor' fezonanční obvod, vazebnÍ obvody a indÍkátor.
Je1ikoŽ indukční vazba je
dává
frekvenČně závis1á'
s e p ř e d n o s t o d p o r o v é v a z b ě n e z i g e n e r á t o r e m a r e z o n a n č n í mo b v o d e m . S a p a r a t u rou zakreslenou na obr.2 lze měřit činite1 jakostí z šířky rezonanční křivky' takzvanou rozlaěovacÍ metodou' U komerčníchpřístrojů se převážně pouŽÍvá rychjakosti
lejší metoda pro měření činitete
pomocí stanovení činite1e
přepětí.
M ě ř e ní u z á i e m n é i n d u k č n o s t i Toto měřenÍ 1ze převést na měření indukčnosti j'ndukčnostech LA . M LB a vzájemné indukčnosti celková
ZapojÍme-Ii dvě cÍvky o do série, bude jejich
i n c | u k č n o s tr o V n a 2
:
LA * LB
(16)
2jr,
K 1 a d n é n e b o z á p o r n é z n a m é n k op 1 a t í p r o s o u h 1 a s n ý r e s p .
nesouhlasný směr vinu-
t Í v c Í v k á c h. Z a p o j í m e p r o t o c í v k y t a k , a b y j e j i c h v í n u t Í m ě I o j e d n o u s o u h 1 a s ný a podruhé nesouhlasný směr vÍnutÍ. Pro oba případy změříme ce1kovou indukČnost na1ezenÍmrezonančnÍ frekvenoe a výpočtem podIe vztahu (]). ZÍskáme hodnoty
Lt
.
L2
a z nÍch vypočtemevzájemnou indukčnost pod1e vztahu
Lt
-2 I
(r7)
lýl
4
l , , i ě ř e n Ír e z o n a n č n Í k ř i v k V A1espoň pro jedno zapojenÍ cívek kÍivku. přístroje
LB proměříme ce1ou rezonančnÍ " Po nalezení rezonanČní frekvence odečtememaximá1nÍ výchy1ku měřÍcÍho LA
a pro předem zvoIené výchy1ky odečítáme postupně na obou stranách
od rezonance hodnoty frekvencí,
které jÍm přÍs1ušÍ. Rezonančníkřivku
me vŽdy jako redukoVanou' Před výnosem křivky mčřÍcího přístroje
je
třeba
uváŽit,
by1a-li
vynášÍchyba
t i m ě r n á p r o u d u V r e z o n a n č n Í mo b v o d u , n e b o j e h o k v a d r á t u .
-55-
Ze
u r ě u J e m eš Í ř k u z 8 k r e s l e n é k ř Í v k y o d e č t e m eJ e J Í š Í ř k u . P ř 1 k v a d r a t i c k é mv ý n o s u . V y d ě l e n í mn a l e z e n é š í ř k y , výšce, při lineárnÍm ve výšce L / F v polovičnÍ .odečtené jsme vyv h e r t z e c h , r e z o n e n č n íf r e k v e n c Í , z Í s k á m em Í r u ú t 1 u m u .P o k u d přÍmomÍru n á š e I 1 n a v o d o r o v n o uo s u r e l e t l v n í r o z l e d ě n Í , u d á v á š í ř k E k ř t v k y (za) exvivalentnÍ séú t l u m u. 7 n a L e z e n ém í r y ú t l u m u v y p o č í t á m ep o d l e v z t a h u á o d n o t a k a p a c i t Y , P ř i n í ž p r o v á d í m ep ř e d c h o z Í rtový odpor obvodu. Doporučenh měření, je
CH = 500 pF
l ' | ě ř e n í i m p e d a n c ec Í v k y Návod k obsIuze toN á s l e d u j í c Í m ě ř e n í p r o v á d í m es Q - m e t r e m B M ] 1 1 G h o t o p ř Í s t r o j e n a 1 e z n e t ev d r u h éč á s t i t ě c h t o s k r í p t . P o u v e d e n í p ř í s t r o j e d o p r o v o z u p ř i p o j Í m e m ě ř e n o uc í v k u n a s v o r k y L , . a n a v e s t a v ě n é mk o n d e n z á t o r u Z m ě n o uf r e k v e n c e n a I e z n e m e t e z o n a s t a v Í m ed o p o r u č e n o uh o d n o t u C = 4 0 0 p F n e n c i . Z o d e č t e n éf r e k v e n c e a č i n i t e 1 e j a k o s t i ( p ř e p ě t Í ) v y p o č Í t á m ep o d l e v z t a h ů ( ] ) a ( 1 9 ) i n d u k č n o s ta e k v i v a l e n t n í s é r i o v ý o d p o r
T
I
( 18)
qrL -Tr Náhradní paralelní Rp
(1e)
odpor bychom vypočíta1i z výtazu
(20)
Qc^r L
R p j s o u k m i t o č t o v ě z á v i s l é . N á h r a d n Ío d p o r O b a n á h r a d n Ío d p o r y R , " v y z a ř o v á n í mc Í v k y ' c h a r a k t e r i z u j e n e j e n o h m i c k éz t r á t y , a 1 e i z t r á t y z p ů s o b e n é j á d ř e . případně způsobené absorpcÍenergie v V ý s 1 e d e km ě ř e n í i n d u k č n o s t i m ů Ž eo v 1 i v n í t v l a s t n í k a p a c i t a c Í v k y C o P o k u d n e n Í z a n e d b a t e l n á , m u s í m ej i p ř i č í s t k e k a p a c i t ě n a s t a v e n én a k o n d e n z á toru O-metru a zahrnout ji tak do kapaclty vystupujÍcí ve vzorci (18). V e 1 i k o s t v 1 a s t n í k a p a c i t y c í v k y m ů Ž e mzej i s t t t n á s 1 e d u j í c Í mp o s t u p e m . P o p ř i p o j e n í c Í v k y n a s v o r k y L x n a s t a v Í m en a k o n d e n z á t o r u 0 - m e t r u k a p a c i t u Po odečteC l = 4 0 0 p F a z m ě n o uk m i t o č t u v y h l e d á m er e z o n a n č n Íf r e k v e n c i f t = 2 f , , R e z o n a nci nyní ní hodnoty fl 1 , , z v ý š Í m ef r e k v e n c i n a d v o J n á s o b e k n a s t a v Í m ez m ě n o uk a p a c 1 t y n a h o d n o t u C 2 , k t e r o u o d e č t e m e .V 1 a s t n í k a p a c i t u Co
v y p o č Í t á m ez e v z t a h u
co=
c L. Z -
4c^
(21)
l
P r o j e d n o v r s t v o u c Í v k u , k t e r o u m ě ř Í m ev p r a k t i k u , J e v 1 a s t n Í k a p a c i t a n e p a t r n á .
-56-
M ě ř e n í i m o e d a n c ek o n d e n z á t o r u P ř i p o j í m e - l i m ě ř e n ý k o n d e n z á t o r p a r a 1 e 1 n ěk e k o n d e n z á t o r u 0 - m e t r u ' t j . n a s v o r k y C " , m ů Ž e mdei f e r e n č n í m e t o d o u" m ě ř i t k a p a c i t y o d 1 p F d o Do svorek L, m a x i n á l n Í h or o z s a h u v e s t a v ě n é h ok o n d e n z á t o r u c c a 5 0 0 p F p ř i p o j í m e p o m o c n o uc Í v k u z e s a d y B P ] 1 1 1 , v y b r a n o u s p ř i h l é d n u t í m k e f r e k v e n c Í , p ř i k t e r é c h c e m em ě ř i t ' N e j p r v e n a s t a v í m er e z o n a n c i s p ř i p o j e n ý m k o n d e n z á t o r e ma o d e č t e m eh o d n o t y P o o d p o j e n Í m ě ř e n é h ok o n d e n z á t o r u u v e d e m eo b v o d d o r e z o n a n c e p ř i Cz . Q2
k a p a c i t y v e s t a v ě n é h ok o n d e n z á t o r u . O d e č t e m ke a nezměněné frekvenci zvýšenÍm Z n a m ě ř e n ý c hh o d n o t v y p o č t e m ek a p a c i t u pacitu c1 a činite1 jakosti Qi p odIe vztahů C a n á h r a d n Íp a r a l e l n í o d p o r R o
ct
(22)
c2 Qr Qz
Qr - oz
(2t)
rl ct
MěřenÍ impedance rezistoru buč paralelně nebo sériově k cívce vyM ě ř e n ý p r v e k j e m o ž n op ř i p o j i t podIe zvo1ené frekvence měřenÍ. ParalelnÍ připojení brané ze sady BP ]ll1 je vhodnépro měřenÍ většÍch odporů, řádově hodnot 104 aŽ to8 n- , měříPři sériovém zapojenÍ takto velkých odporů by frekvencÍ 1 MHz byl činite1 jakosti obvodu neměřite1ně ma1ý a rezonanci bychom nena1ezIi. nalezne se Při paraIelním zapojení se odpor připojí ke svorkám C",
me-li' při
Po odpojenÍ tezistoru se při nezmě. Q2 " n ě n é f r e k v e n c i ' d o l a d Í o t o č n ý mk o n d e n z á t o r e m Q - m e t r u r e z o n a n c e a o d e č t o u rezonance a odečtou hodnoty
hodnoty
Ct
"
C2
0dpor se vypočte ze vztahu
Q1
n *n 1 "2
or - Qz Rezistor
(24)
-ct
m ů Ž em í t k r o m ě o d p o r o v é s I o Ž k y t é Ž s ] . o ž k u k a p a c i t n Í n e b o i n d u k č n í C1 > c2 , převaŽuje kapacitnÍ
I o z á 7 e Ž í n a z n a m é n k uz m ě n y k a p a c i t y .
Je-li
složka a parazitní
je rovna
kapacita
ct t l a m ě ř í m e - l Í c ' <' ." 2 r nost je rovna
-
rezistoru
(25)
cz
, p ř e v a Ž u j e i n d u k č n Í s 1 o Ž k a a n á h r a d n Íp a r a 1 e 1 n í i n d u č -
t co' (C - C2)
(26)
-57 -
P r o m a 1 éo d p o r y j e v ě t š í č i n i t e I j a k o s t i o b v o d u p ř i s é r i o v é mz a p o j e n Í rezistoru do obvodu. Je však nutno použít sériový držák, který je ve výbavě N a s u n e m ej e j n a z d í ř k y Q - m e t r u a d o j e h o s v o r e k L p ř i p o j Í m e 0-metru zvolenou cívku, do svorek Z, měřený rezistor. Nejprve se provede měřenÍv zatlumeném s t a v u , t j . p ř i u v o ] . n ě n é zmk r a t o v a c Í mš r o u b u s é r i o v é h od r ž á k u . P o t é s e z k r a t o v a c Í mš r o u b e mv y ř a d Í s v o r k y 0 d e č t o us e h o d n o t y C 2 , a 8 2 o b v o d s e z m ě n o uk a p a c i t y v e s t a v ě n é h oo t o č n é h ok o n d e n z á t o r u u v e d e o p ě t d o P r o v ý p o č e to d p o r u s I o u ž í v z t a h r e z o n a n c e a o d e č t o us e h o d n o t y C i 01 " Z,,
Qr-Qz
+
( 2 7)
,n Cr
Qr Qz
Li teratura
BroŽ J. a kol.:
t t]
Zák1ady fyzikálních odst.
Sedlák B. , Bakule R. :
tz)
4,4.4,
čl'
měření I, SPN, Praha 198] 4.4'5.4, !+.4,7.4, 4.4.8.2
E1ektřÍna a magnetismus, 5PN, Praha 1980 kap. 9
TERMISTORU
CHARAKTERISTIKY
PracovnÍ ÚkoI
Č a ts Změřte teplotní intervalu
od
závislost
180
do
odporu termistoru v co největšÍ části tep1otního
180 K
termistoru pro proudy do
2. Změřte stati'ckou charakteristiku
25 mA
Čast t. Získané výs1edky měření zpracujte
pomocí programu, který
máte u úlohy k
dispozici. Seznamte se s tímto progr"'"'.
V referátu
stručně popište,
jaký matematický
postup pouŽi1 programátor ke stanovenÍ tepeIného odporu termistoru teoIotv okol Í
K
a
To
N a g r a f u ) , k r e s I e r r é m z a p i s o v a č e mj e z a k r e s 1 e n a s t a t i c k á c h a r a k t e r í s t i ka (obr.l v e s k r i p t e c h ) . P o d I e j a k é h o e x p I i c i t n í h o v z t a h u j e p o č í t á n aa k t e r é p a r a m e t r y t e r m i s t o r u j s o u p r o v ý p o č e tk ř i v k y v y u Ž í v á n y ?
-58
E x p e r i m e n t á l n ěz j i š t ě n ý m i b o d y z á v i s I o s t i n a p ě t í n a p r o u d u ( k ř í v k y n a g r e f u ] ) p r o l o Ž t e k ř i v k u , . . k t e r á p o d 1 e v a š e h on á z o r u n e j I é p e v y s t i h u j e n a m ě ř e . U ' v m a x i m u .K t ě m ná data. Z této křivky odeětěte hodnoty proudu I' t o h o d n o t á mp ř i ř a č t e t e p 1 o t u T ' , k t e r á b y o d p o v í d a 1 ao d p o r u t e r m i s t o r u Teplotu T' stanovte téŽ podle vztahu (11) ve skrlptech. R' = U. / I' 0 i s k u t u j t e o t á z k u , p r o č s e . 1 i š í h o d n o t y T ' s t a n o v e n ér ů z n ý n i z p ů s o b y . Pokuste se vysvětIit, proč se 1išÍ tep1ota To stanovenáze vztahu (8) ( g r a f u l v y h o d n o c o v a n é hpoo č Í t a č e mo)d t e p 1 o t y m í s t n o s t i . určených podle 6. pracovního úkolu a teploty mÍst,Um ,Tm K (vztah 12 ve skriptech)' PoTo určete tepetný odpor termistoru nosti r o v n e j t e j e j s h o d n o t o u s t a n o v e n o u p o č Í t a č e m .R o z h o d n ě t e , k t e r á z h o d n o t
8. Z hodnot
I'
tepetného odporu
odpovÍdá podle vašeho názoru Iépe skutečnosti a zdů-
K
vodněte svůj názor.
VIastnost i. terrnistorů
Iosti
Termistory jsou polovodičové rezistory, u nichŽ se vyuŽívá ve1ké závisodporu na teplotě. Nejčastěji se pouŽívají termistory' jejichŽ odpor
coŽ znamená, Že mají záporný součinite} odporu. Z m e n š e n Ío d p o r u s r o s t o u c Í t e p I o t o u m ů Ž eb ý t z p ů s o b e n o z v y š o v á n Í mk o n c e n t r a c e n o s i t e 1 ů n á b o j e , z v y š o v á n Í mj e j i c h p o h y b 1 i v o s t i n e b o f á z o v ý m i p ř e c h o d y v p o I o kIesá s rostoucí teplotou,
vodivémmateriáIu ' pro termistory Zvyšování koncentrace nosite1ů náboje j",??""3n.eristické ( k ř e m Í k , g e r m a n i u m ). z monokrystalů kova1entních polovodičů typu A''. Btep1otnÍ záv y j á d ř i t V oblasti teplot, v níŽ převládá přÍměsová vodivost, Lze vislost
odporu termistoru
RÉ
charakterizuje
je
závisIá
v nichŽ s rŮstem tepIoty
B a rozměrech poIovodiče, veličina p o 1 o v o d i č e ' k o v a 1 e n t n Í termistoru. Pro
na materiálu
citIivost
teplotní
(1)
exp ( B / T )
R6 Ve1ičina
vztahem
vzrůstá koncentrace nositelů,
1ze psát
(2)
hu / ( 2k )
je energie potřebná k ionizaci AU B o 1 t z m a n n o v uk o n s t a n t u a ! příměsí, tj'k t o m u , a b y s e e I e k t r o n z p ř Í m ě s o v é h oa t o m u d o s t a I d o v o d i v o s t n í ho pásu (aktivační energie). znamená-1i
P t e v á Ž n á č á s t p r ů m y s 1 o v ěv y r á b ě n ý c h t e r m i s t o r ů s e p ř i p r a v u j e s p é k á n í m oxidů některých kovů jako nik1u, koba1tu' uranu, Železa a da1šÍch, u nichŽ nejsou valenčnÍ sféry zcela zapl'něny a při tvorbě oxidů vznikají ionty 5 rozj e z p ů s o b e n a v ý m ě n o ue 1 e k t r o n ů m e z i s o u (dísedními íonty. Energie potřebná k výměně nábojů je ma1á, takže e1ektrony ry) je moŽno povaŽovat za vo1né. Jejich koncentrace je prakticky nezávisIá na tep1otě. S růstem teptoty však exponencie1ně vzrůstá jejich pohyb1ivost a dí1nými náboji'
Elektrická
vodivost
-59
(l) Velit e p l ' o t n í z á v i s l o s t o d p o r u t g r m i s t o r u m ů Ž e moep ě t v y J á d ř i t v z t a h e m n á b o Je. nositelů č l n a B v t o m t o p ř í p a d ě c h a r a k t e r i z u J e z m ě n up o h y b l l v o s t 1
Teplotní součInltel odporu Obecně je definován vztahem
(r)
dR(T)
4
R(T)
dT
Po dosazenÍze vztahu ( I ) dostaneme B T-
ď
(4)
S rostoucÍ tepU t e r m Í s t o r ůn e n Í t e d y t e p l o t n í s o u č i n i t e I o d p o r u k o n s t a n t n Í . e1ektrotechI o t o u s e z m e n š u j eÚ m ě r n ě k v a d r á t u a b s o I u t n Í t e p I o t y . V k a t a l o z Í c h Expen i c k ý c h s o u č á s t e k s e z p r a v i d I a u d á v á j e h o h o d n o t a p ř i p o k o j o v ét e p 1 o t ě , odpovídajÍcÍ r i r n e n t á l n ě z j i š t u j e m e j e h o h o d n o t u z e z m ě n yo d p o r u t e r m i s t o r u teplotní záz m ě n ět e p } o t y o j e d e n k e l v í n , t e d y z e s m ě r n i c e k ř 1 v k y u d á v a j Í c í vislost
o d p o r u s t a n o v e n év b o d ě p ř í s I u š n é mz v o I e n é t e p I o t ě .
AktivačnÍ energie Materiálovou .
R2
m ů Ž e m es t a n o v i t z e d v o u h o d n o t o d p o r ů Tt ^ Í2 pod}e vztahu dvou známých teptotách
konstantu
naměřených při
B
2,) log (Rt/R2)
Rt
( 5)
rlr L - L/\2
1išit tepP ř e s n o s t s t a n o v e n í v e 1 i č í n y B b u c l e t Í m v ě t š Í , č Í mv í c e s e b u d o u Tz loty Tl " termistoB ě h ě mm ě ř e n í v p r a k t i k u s t a n o v u j e m et e p l o t n Í z á v i s I o s t o d p o r u ( 1 / T ) , mě1i = f r u v š i r o k é mt e p 1 o t n Í mo b o r u . V y n e s e m e - I i z á v Í s 1 o s t 1 o g R b y c h o mz Í s k a t p ř í m k u ' p o p s a n o u r o v n i c í logR=logRo
t
0,4,t8/T
,
(6)
rxtrapotacípro Z j e j Í s m ě r n i c e s t a n o v í m ev e l i č i n u B plynoucÍ z (1) 1 / T * 0 m ů Ž e muer č i t v e l i č i n u R 6 Ve fyzikáIní }iteratuře se aktivačnÍ energie uvádÍ buó v elektronvoltech (2) , dosadÍmeJ / m o } H o d n o t u v e l e k t r o n v o } t e c h z Í s k á m ez e v z t a h u nebo v 16-a eV). . I i h o d n o t u B o l t z m a n n o v yk o n s t a n t y v t ě c h t o J e d n o t k á c h ( k = 0 , 8 6 1 7 ektÍ. Ú o a 3 v J / m o } z Í s k á m e , v y n á s o b í m a - 1 1A v o g a d r o v ý mě í s l e m N A h o d n o t u llx. v a č n íe n e r g i e z Í s k a n o uz e v z t e h u ( 2 ) p o d o s a z a n Íh o d n o t y t = t , l e . n - 2 3 ProtoŽe k No = R, je plynová kon3tenta -60-
( R = 8 , 1 1 4 J m o l - l x - 1 ) , d o s t a n e m ez e v z t a h u ( 2 )
AU Pro termistory
Statická
(7)
2RB
je týpická
hodnota aktivačnÍ energie řádu
10 kJlmol
charakteristika
Tato charakteristika znázorňuje závisIost napětí na termistorU na proc h á z e j Í c í mp r o u d u . P ř i b I i Ž n ý t v p r c h a r a k t e r i s t i k y j e z a k r e s l e n n a o b r . 1 0rientačně jsou u křivky udány č í s e 1 n éh o d n o t y r o z d í 1 u t e p 1 o t termistoru a jeho okoIí. Prů. U Tm c h o d e mp r o u d u s e t o t i ž t e r m i s u'n tor ohřívá a jeho teplota se ;\* nastaví na hodhQtu,přl níŽ je l'o r00 v rovnováze e1ektrický přÍkon I a tepelný výkon odváděnýz termistoru do okolí
P
KP
T-T
o
(8)
V této rovnici znamená K tepelný odpor termistoru (v technické 1iteratuře se téŽ Obr. I pouŽívá termín výkonovácitlÍvost), T je tep1ota termistoru a To tep1ota jeho oko1Í. UváŽÍme-1i'Že e}ektrický příkon tze vyjádřit jako poměrkvadrátu napětí U na termistoru a 3 e h o o d p o r u R ( P = U 2 / R ) , m ů ž e mzeá v i s l o s t n a p ě t Í n a t e r m i s t o r u n a j e -
ttAl
'
ho tepJ'otě vyjádřít vztahem
(e) N e j v ě t Š ín a p ě t í n a t e r m i s t o r u b u d e , d o s á h n e - I i j e h o t e p l o t a h o d n o t y (10)
{o
P ř i d a 1 š Í mv z r ů s t u p r o u d u t e r m i s t o r e m s e z v ý š t j e h o t e p l o t a n a d T ' a s t a t i c ká charakteristika bude mÍt zápornou směrnici. V této ob1asti je diferenciá1nÍ odpor termistoru dU/dI záporný. Kdyby byl termistor připojen ke zdroji s mat ý m v n Í t ř n Í mo d p o r e m , p r o u d t e r m i s t o r e m b y v z r ů s t a 1 , a ž b y d o š I o k j e h o z n í č e rÍ. 0o série s termistorem je proto nutno zařadit dostatečněvelký ochranný : Ó p o | , k t e r ý o m e z Íp r o u d v o b v o d u .
-61
-
Z r o v n i c e ( 1 0 ) v y p 1 ý v á , Ž e t e p 1 o t a a t í m i o d p o r p ř Í s 1 u š n ým a x i m á l n Í .odnotě napětí respektÍve proudu term1storu závisí pouze na ve1ičÍnách B a In . l..Ýimu statické charakteristiky přís1ušÍstá1e stejný odpor termistoru bcz ořrleduna to, jaký je jeho tepeIný kontakt s oko1ím,jaký je jeho tepe1ný U U P U r . H o d n o t a t e p e 1 n é h oo d p o r u u r č u j e p o u z e v e 1 i k o s t m a x i m á l n í h on a p ě t í č i proudu.
StanovenÍ tepelného odporu je moŽno přiřadit určitou teplotu t e r m i s t o r u . M ů Ž e m et o p r o v é s t t a k , Ž e s t a n o v í m e j e h o o d p o r j a k o p o d Í 1 n a p ě t Í (R = U/I) odporu a z grafu závislosti a p r o u d u v d a n é mb o d ě c h a r a k t e r i s t i k y z rovnim ů Ž e m e o k o I Í , t e p 1 o t u na tepIotě stanovíme hIedanou teplotu. Známe.li K Za výkon P dosazujerne hodnotu součinu proudu ce (8) vyhodnotit veličinu K a Ž d é m ub o d u s t a t i c k é
charakteristiky
a napětí v bodě charakteristiky, Pfo který jsme urči1i p r o m a x i m u mc h a r a k t e r i s t i . k y b u d e p I a t i t Speciálně
tepl'otu termistoru.
T-T mo
(r1)
u* It Indexem m
termistoru
při
maximá1nÍm
ke1vÍnů se zvětší
Tepe1ný odpor by měI určovat, o kolik
napětí na termistoru. teplota
proudu a napětí,
jsou označeny hodnoty tep1oty' jednotkovémpřÍkonu.
při
PouŽití termistorů Vlastností e}ektrických
termistorŮ
veIičin,
se vyuŽÍvají především při
měření a reguIaci
které přÍmo nebo nepřímo ov1ivňují
ne-
odpor termistoru.
rych1ost.i proudění kapa1in a pIynů, měřea podobně. V e1ektronických obvodech se po-
Jsou pouŽitelné pro měřenÍ tep1oty, ní t1aku p1ynů, tepe1né vodivosti
uŽÍvajÍ k omezení náběhových proudů, jako dě1ičové stabi1izátory, Pro jednot}ivé účely se vyuŽívají různé části
předpoktádaného pouŽÍtí se voIí po1ovodičový materiá1, toru.
Pro měření tepIoty
Proud procházejícÍ při
termistor
tvar
a velikost
se vo1í materiá1 s ve1kou hodnotou veličiny
dy s ve1kou tep1otní cÍt1ivostí rech,
atd'
charakteristikv.
a termistor
Podle termisB,
te-
se vyrábí o co nejmenšÍch rozmě-
měření termistorem musí být co nejmenší, aby se
neohříva1 JouIeovým teplem a jeho tep1ota by1a určena tep1otou oko-
1í. 0bdobný termistor výŠkyhladiny
kapaliny,
je moŽno pouŽít k anemometrii nebo k měření a regu1aci ovšemměří se při
termÍstor eIektrickým příkonem vyhřát vodech se často pouŽívajÍ termistory
p o d s t a t n ě v y š š Í mp r o u d u ' k d y j e
nad tepIotu
oko1í. V e1ektronických
robustní konstrukce,
poměrně značný výkon'
-62-
ob-
které mohou vyzářit
Postttp při
Ín]qŤenÍ
Iermistor .je spo}u s pIatinovým odporovým tep1oměremumÍstěn v drŽáku, k t e r ý m ů Ž eb ý t v y h ř Í v á n t o p n o u s p i r á 1 o u . T e n t o d r Ž á k v k l á d á m e d o D e w a r o v y n á c t o b v . F ř e d z a p o č e t Í mm ě ř e n Í t e p 1 o t n Í z á v Í s l o s t i asi
0,25 l
kapalného dusÍku. Při
cchranných rukavic
vlijeme
do Dewarovy nádoby
s kapalným dusíkem použÍváme
manipulaci
a štít z pie!iskl'a.
Po odpaření kapaIného dusÍku se začne drŽák s termistorem a odporovým teploměrem ohřívat. 0hřÍvání je noŽno urych1it přitápěnírn proudem řádově irráturem ??o/ 6,)
'[r
v
l
A
ZapojenÍ topného obvodu napájeného transforna obr ' 2
3e zakresleno
24 V =
z'
topného proudu můžeme
Jako zdroj
pouŽÍt při
vyššÍch tep1otách i
z rozvodu. Je však třeba si
uvé11om t ,i Ž e t e p e l n á k a p a c i t a o d p o r o vého tep1oměru je podstatně větší neŽ termistoru
a při
ve1ké rychJ'ostÍ ohře-
vu budememÍt značnou diferenci
v tep-
odporového tep1oměru a termís-
lotách toru.
0dpor termistoru
Obr. 2
a pIatínového
tepIoměru měřÍme digi tá1ními muItimetry
G 1001.500
nebo rnůstky. Mu1ti-
metry přj'po3ujeme spodními svorkami oznaČenými R" k p1atinovému teploměru (zdířky R t ) a t e r m i s t o r u ( z d Í ř k y A , C ) . H o d n c r t yo d p o r ů o d e č Í t á m ep o s k o c í c h cca ? ll
na p1atinovém tep1oměru. Víne, Že odpor termistoru
álně s tep1otou a hodnoty jeho orlporu postaČí čÍst na bychom v oko]'Í pokojové teploty
chtě1i
se mění exponenciplatné cifry.Kdy-
2-'
vyuŽÍt ptně cit1ivosti
0,2 k f. , ohřívat by se termistor teče měřenýmprvkem proud 10 mA Při
mu1timetru a mě-
ri1Í na rozsahu
Jou1eovým tepIem' Na rozsa-
hu
odporu termistoru
0,2 k'l
i02$
bude jeho příkon řádu
teInému ohřátÍ i
termistoru.
io-2 w
a to je jiŽ
hodnota postaČujícÍ k zna-
l ' l ů Ž e m es e o t o m p ř e s v ě d č i t
jak eXperimentálně,
tak
srovnáním se stanovenou hodnotou tepe1ného odporu. Pro potřeby našeho měření postačÍ, předpokládáme.1i,
ho odporového tep1oměru se mění 1ineárně s tep1otou. ru teploměru vypočítáme tep1otu
t
(Rt - Ro) / (a
V
řádově
NEMZ
Ť
j e o d p o r t e p 1 o m ě r up ř i
(12)
no) tepIotě t , oC t = 0
je odpor při
6
je tep1otní součinite1 odporu.
Pro pouŽívaný odporový tep1oměr je
Z odečtených hodnot odpo-
ve stuprrÍch Ce1si'a podIe vztahu
R
tep1otě
Že odpor p1atinové.
Ro = 100 Q
-6r-
0L = 3,85
10-l
K'
1
Je za. touŽÍ jako ochranný odpor, ná zaDránit pře' t í Ž e n í t e r m i s t o r u v t é Č a l t, l
Schéma zapojenÍ pro měření 5 tati'cké charakteristiky
Rezj-stor
na obr.l
kresleno
I
5
termistoru
charakteristiky,
v t r . i ž. l e c ] ' -
odpor tet.inlstoru
ferenciáInÍ
zápatn,i,. Napětí a proud rnůže. me mčřit mu1timetry , které připoju.1e c í m e d c r o b v o d u h o r . n Í d v o . -i 1 i ; t 1I l 0 o z l t a Č e n o u svorek D l00l.500
1000Jl mox 25mA
Přeo připo.ienÍm ke i:droji n u t n o s e g l ř ' e s v Ě d čti,
je
zda na
v ý s " t t r p t i . i ct .l e n c i o m e t r u j e m i n i tlá]rrÍ r;apětÍ. Proud termístol e m n e 5 m í p ř e k r o Č i t h o d n ot u . 2 5 n rA Do 1 mA zuymax šujeme proud po skocích 0,1 mA , pak po 1 . 2 mA aŽ 1
Obr. )
je zpoČátku d o m a x i m á 1 n Í h op ř Í p u s t n é h o p r o u c J u . V o l t a m p é r o v á c h a r a k t e r i s t i k a 0,l m|^.l 1 r n e á r n Í , n a p ě t Í s e z v y š u ' c1 Ú m ě r n ě p r o u d u , a l e j í Ž p ř i p ř í k o r r u ř á d o v ě se daný termistor znate1ně ohřÍvá a Ize poZoroVat odchylky od iineárního prů. bě|tu. Z p r a l < t i c k Ó h o h ] . e d r s l < a3 e v ý h o d n ě 3 š í m ě ř 1 t n e j p r v e s t a t i c k o u c h a ť a k t e ristrkU a poton tcp1otní závis1ost termistoIu. Při Iomto sledu měřenÍ nemusíme Čekat na vych]adnutÍ držáku s termistorem a odporovým teploměrem.
P o z n á m k Y k p o č í t a Č o v é m zup r a c o v á n Í Chceme vám v Ú1oze mode1ovat případ, se kterým se buc]ete poměrně často cizÍ program ke zpracovánÍ v1astních výs].edků.Postup setkávat, pcuŽijete-li a algoritmy, které pouŽil programátor při tvorbě programu, nelze vŽdy automaticky
povaŽovat za nejoptimálně3Ší. Spíše 1ze říci,
dokona}ý, aby jej profesioná]nÍ
Že Žádný program není tak
n e b y 1 o m o Ž n o z } e p Š Í t . T Í m s p í š e , Ž e a u t o r e m p r o g ; r a m un e n í
programátor.
Programátor a výpočetnÍ technika,
kterou máte k dispozici',
vám uŠetří
práci 5 numerickým a grafickým zpracováním výs1edků' Na op1átku chceme, aby Zhodnotte 3ste se seznámi1i s programema zaujali k němu vlastnÍ stanovisko' proto, zda numerický postup poUŽitý programátorem je vhodný pro stanovenÍ paJistým vodÍtkern Roo , B a zejména tepe1ného odporu K p a r a metry B a Napovímevám, Že by vám měly být pracovnÍ úkoly 4 aŽ 8 Pro určení teRoc se určujÍ z Iineární regrese vycházející ze vztahu (6) rametrů termistoru
pe1néhoodporu grafu
]
K
(obr.1)
má zásadní význam vztah (8)
Statická
charakteristika
už jen demonstruje, nako1ik naše představy
na
odpovídají sku-
t e č n é m uc h o v á n í t e r m i s t o r u . Při
řešení pracovního Úko1u
}
využijte
64-
toho,
Že program umoŽňuje edi-
z a d a n á d a t a . Z p r ů b ě h ůz o b r a z e n ý c h n a o b r a z o V c e l z e
tovat
odhadnout, která
měřenÍ jsou
zatíŽena hrubou chybou a ty vy1oučit z danéhosouboru. Sledujte, 3ak úpravy v souboru dat ovlivňujÍ hodnoty stanovených parametrů. V p l n ě n Í p r a c o v n í c h ú k o 1 ů 4 a 5 v á m p o m ů Ž et i š t ě n ý v ý p i s p r o g r a m u .
P o u Ž í v a j í s e v n ě m n ě k t e r é v á m n e z n á m ép ř í k a z y m o d i f i k o v a n é h o B a s i c u , s1ouŽÍ pro obsluhu kres1ícÍho zařízení'
které
S e z n á m i t s e s n i m i m ů ž e t ev m a n u á 1 u ,
vám bude vydán na požádání.
který
v programu uvádÍme význam důležitějších identifiká.
Pro 1epší orientaci
torů pouŽÍvanýchV pro0ramu.
S E Z N A M P R o t " iNĚN Ý C H Ro
-
odporteploměrupři
A
-
tep1otní součiniteI
\(NN) I | Y(NN) J
-
pracoVnÍ poIe
RT(NN)
-
odpor teploměru
R(NN)
-
odpor termistoru
Tl(Nl'l)
-
tepIota vypočtená z odporu teptoměru
T2(N)
-
teploty
I (N)
-
proud termistorem
U(N)
-
napětÍ na termistoru
-
p a r a m e t r yt e r m Í s t o r u R = R N
Pl
-
počet měřenÍ
RT , R
P2
-
početměření
U,I
DU
-
aktivační energie
PT
-
pokojová teplota
AL
-
součinitel
-
parametry obecné regrese
K
-
tepelný odpor
TT
-
teplota okolÍ
. N5
-
konstanta určující počet p1atných cifer
NA
-
konstanta Lúii
PL
-
proměnná 0
:,.
AA BB
]
I l J
t=0oC odporu
termistoru
",.,
(+)
A U
odporu
(To)
pro přepočet z
nebo 1
z a o k r o u h } o v a n ý c hh o d n o t
mA, mV na
A
a
V
pro zapojený nebo nezapojený PLOTTER
-65-
SEZNAM FUNKCÍ
L(x)
-
dekadický logaritmus
0D(X)
-
výpočet odporu podte (1)
T(X)
-
výpočet teploty
z (6)
G(x)
-
výpočet
1ogR
z(6)
U(X)
-
výpočet
U
z(9)
B L 0 K 0 V É s C H É M AP R 0 G R A M U
V blokovém schémajsou pÍsmeny A, B, C
označeny nás1edujícÍ větvení programu.
Ki
oprava
l.
K2
přidání
hodnot
K]
zrušení hodnot
K4
návrat
K1
tabulka
na obrazovku
KZ
tabulka
na plotter
měřenÍ
K] . '..návrat
O: VL
--J
Kl
graf
na obrazovku
K2
graf
na plotter
K]
návrat
...
-66-
ukončenÍ RT = 0 ukončení čí9'. b. = 0
K4 Graf I (1oo R = Í'(L/Í)
K1 TeplotnÍ závlslost
Ukončení T = 0
UkončenÍ R = 0 Návrat
K1 Z a d á vá n Í hodnot
K] 5tatická charakter Ist ika
K5 Graf l U = f (I) Výpočet U, I oro dané T Ukoněení T = 0
Ukoněení I = 0 Návrat
-67-
' o z n á m k vk o b s l U z e p r o p r a m u . P r o g r a mj e z p r a c o v á n p r o p o č Í t a č P M D8 5 - 1
a uloŽen v
ROM modulu.
S p u š t ě n í p r o g r a m us e p r o v e d e p ř Í k a z y : BASIC G
( p o v e l k n a h r á n Í B A 5 I C ud o p o č í t a č e )
ROM
( p o v e l k n a h r á n í v 1 a s t n Í h o p r o g r a m Ud o p o č í t a č e ) P o č Í t a čn a t e n t o p o v e 1 b u d e r e a g o v a t a t y p i c k y o p ě t n ý m t i š t ě ní m h 1 á š e n Í B A s I . cG n a o b r a z o v k u s p u š t ě n ív1astního programu
RUN ?
zadáním velkého Přesnost výpoČtuparametrů termistoru podstatněji nezvýšÍme termistoru. Tím zvýšíme spíše počtu dat zÍskaných z měřenÍ charakteristik pravděpodobnost nesprávného zadánÍ hodnoty. PřÍ zpracování dat z měřenÍ se nesmí zadat hodnota proudu I = 0 statické charakteristiky č á s t i p r o g r a m u .o z n a č e n y provádí ztusymboly klíčových k1áves. Napříktad část programu, ve které se K1 K2 K] šenÍ hodnoty při editaci dat tep1otní závÍs1osti by by1a označena
). Pro zkrácenÍ 3sou v poznámkách (REM) jednotlivé
0 p r a v n és p u š t ě n Íp r o g r a m u( p o c h y b ě u Ž i v a t e I e ) 1 z e p r o v é s t p ř í k a z e m G0T021 Po tomto přÍkazu by měIa být zachována dříve uloŽená data. Je však třeba p r o j Í t z n o V u p r o g r a m e ms v ý j i m k o u n o v é h o z a d á v á n í d a t . J e s t 1 i ž e d o š 1 o k (v části chybě napřÍklad při zadávání dat pro statickou charakteristiku je nutno znovu provést : a) výpočet a tabeIovánÍ (na obrazovku) teplotní
K] Kl),
závislosti
odporu
část K1 K] p a r a metrů termistoru (část K2) b) výpočet ne1ze provést bez vyhodnocenÍ parametrů ZpracovánÍ statické charakteristiky termistoru,
termistoru.
Li t e r a t u r a koI.:
Z á k I a d y f y z Í k á 1 n Í c hm ě ř e n Í I , s P N , P r a h a l 9 8 ] ' č1. 4.5.2.5' 4,5,'.5
t l]
BroŽ J
t z]
Pasynkov, V.V. , Čirkin L'K. , Šinkov A. D. : Po1uprovodnikovyje pribory ' .Moskva, 1981, kap. ll Vysšaja ško1a,
Il]
Frank H., Šnejdal V.:
Principy
a vlastnosti
polovodiěových součástek'
SNTL, Praha 1976, kap. 9.L Il]
Stránský J. a ko1.: Po1ovodičová technika kap. ) .2 .3
-68-
I,
SNTL/ALFA, Praha l9B1'
l0' MĚŘrHÍ A
v00Iv0sTI
rLEKTRIcKÉ
P0L0V0DIČE
KoN5TANTY
HALL0vY
Pracovní Úkol l.
proudu vzorkem na přiloŽeném napětÍ při
Změřte závislost
nuIové magnetícké
indukci. 2. Zjistěte
Hallova napětÍ na magnetické indukcí při
závisIost
konstantním
proudu vzorkem. ,.
Výsledky měření zpracujte
a vyhodnotte měrnou vodivost
graficky
a HaI1ovu
konstantu vzorku 4. VypoČtěte pohyblivost
Elektrická
a koncentraci
nosite1ů náboje.
vodivost
je veličina charakterizujícÍ schopnost 1átMěrná elektrická vodivost a p r o u d . V y s t u p u j e v O h m o v ě z á k o n ě z a p s a n é mv d i Í ' e r e n c i á l n Í m ky vést elektrický tvaru =
i
(t)
E
c
je hustota proudu a E intenzita e1ektrického poIe. V po1ovodiči v němŽ ! mŮŽe být transport náboje zprostředkován bud e1ektrony nebo dÍrami. Je-li ( vn) a děr < vp> ' střednÍ rychlost uspořádanéhopohybu elektronťr -e přispÍvat k hustotě proudu hodnotou bude kaŽdý elektron s nábojem -e n
( vn)
a dÍra hodnotou
a koncentraci
Má-li
platit pn
0značÍme.li koncentraci
-e n (vn)
*
"
elektronů
(2)
e p (vO)
O h m ů vz á k o n ' m u s Í b ý t s t ř e d n Í r y c h l o s t i
Úměrné intenzitě vosti
( vo )
P , bude ce1ková hustota proudu
děr =
|
e
po1e
(vn)
a
(vo)
Příslušné konstanty Úměrnosti se nazývají pohybIi-
E
pp
(vn)
=
-pn
E
;
("0)=
pp E
(l)
Z předchozích rovnic pak pro vodivost plyne
e
= e ( nPn * oťo )
.
(4)
Č a s t ý mÚ k o l e m p ř i v ý z k u m up o I o v o d i č ůj e z j 1 s t i t j a k k o n c e n t r a c i n o s i t e 1 ů , tak i jejich pohyb1ivost. Z rovnice (a) je zřejmé, Že tento Úko1 neIze sp1nit, s t a n o v Í m e - l i p o u z e m ě r n o uv o d 1 v o s t . J e s t 1 i Ž e v š a k v ý r a z n ě p ř e v a Ž u j e v o d i v o s t jediného typu buó e1ektronovánebo děrová' Ize tohoto cÍ1e dosáhnout, dop1nÍme- 1 i m ě ř e n í v a d i v o s t i m ě ř e n í mH a I 1 o v a n a p ě t í . -69-
| 1 a lI ů v j e v J e d ů s t e d k e mp Ů s o b e n í L o r e n t z o v y s í 1 y n a n á b o j e p o h y b u j í c í s e v m a t e r i á I t t u m Í s t ě n é mv m a g n e t i c k é mp o l i . M ě 3 m ev z o r e k v e t v a r u h r a n o I u , n a j e h o Ž s t ě n á c h j s o u u m í s t ě n y k o n t a k t y 1 a 2 , Teče-Ii proud Í mezi kontakty tak' jak je zakresleno na obr.l p1atí pro uvnitř
proudovou hustotu
h o m o g e n n í h ov z o r k u
I
( 5)
t
I
3
5
,Í,
v
7
Necht působí na vzorek magnetické pole o indukci
x
směru osy
4
I
z
Je-1i
B
Ve
proud
vzorkem způsoben pohybeme]"ektronů proti směru osy x
6
(konvenčnÍsměr proudu je ve x ), pŮsobí na tyto náboje Lorentzova sÍIa o -e ( vn) B , velikosti
směru osy 1 -1
I
I
jejÍŽ výs1ednice míří ve smě-
=Ž
----G----
t
d
ru záporné osy
takt
nn'le i^ -l E
n
-y
i r
-{lJlrd
(viz
Tím
obr.1)
mezi proti1ehIými
stě-
obě sí1y v rovnováze a
j
p1atí
(vn)
eE
(6)
B
u s p o ř á d a n é h o p o h y b u e I e k t r o n ů m ů Ž e m ev y j á d ř i t ( un jako a i n t e n z i t y p o d é t n é h op o 1 e E "
ProtoŽe střednÍ rychlost jejich
5
nami vzorku příčné e]'ektrické Kromě Lorentzovy sí1y pak na nábo-
t., mající směr osy v K rovnováze dojde, jsou-li eE.
infenzifě
^,o.-^r.,' pu)uul
vzniká
-
I
Tato sí1a
způsobuje odchý1ení e1ektronů směrem ke stěně, V oíŽ je kon-
2 0br.
y
pohyblivosti
pomocÍ
bude olatit
ťn E, B
v 5 pouŽitím vztahů přÍ koncentraci (viz obr.1)
ďE
i
=!
děr
un, ,
X
.I
y
o
analogickým s (1) a. ď dostaneme pro napětí nez
=
en
TR --T--
/u -
e n ťn plynoucÍm z (4) 5 a 6 kontakty
(7)
Z m ě ř Í m e . I 1H e } 1 o v on a p ě t í U x a p r o u d I p r o t é k a J í c Í v z o r k e m z n á m ý c hr o z m ě p o l i o z n á m él n d u k c i 8 , J e m o ž n oz e v z t a h u ( 7 ) v magnetickém rů, umÍstěným v y p o č í t a tk o n c e n t r a c i e l e k t r o n 0 . O d v o z e n Ív ý r a z u p r o H a l l o v o n a p ě t í , k t e r é J s m e z d e u v e d l 1 , J e z n a č n ě z j e d n o d u š e n éV. y c h á z í z p ř e d s t a v y , Ž e e l e k t r o n y j s o u z c e l a v o l n é a c h o v a j í s e p o d o b n ěj a k o m o l e k u l y p l y n u . V ě f š i n o u j e t ř e b a u v a Ž o v a t , Ž e t a k z v a n ý H a 1 l Ů v rozptyIový faktor
r h , z a v e d e n ýn a p ř . v z t a h e m IB ---r--
uH = EH* Je
různýod jedné. HaIlova konstanta Je pak rovna rH
RH V praktiku tě.
(8)
(e)
en
měřÍmezpravidIa
vzorky lndiumant1monidu In5b j e p ř í p a d Pro tento moŽno uvažovat r H = 3 1 I Í/ B
při
Stanovíme-li kromě Ha1lovy konstanty i měrnou vodivost, tak zvanou hallovskou
pohyblivost
pokojové tepl.om ů Ž e m ev y p o č í t a t
ze vztahu
(10)
RH
t,
Měření vodivosti Jak jsme jiŽ uvedli, pouŽívá se pro měřenÍ vodívosti a Ha11ovy konstanty větvzorek jednoduchéhogeometrického tvaru. Jeho déIka má být a1espoň třikrát šÍ neŽ šířka. Vzorek je nutné opatřit
které nemají mít přechodové nese pro. bo hrad1ové odpory. Tento poŽadavek je obvykIe obtÍŽné sp1nit.0patřují l a 2 na obr .I) téŽ napětovými to vzorky kromě proudových kontaktů (kontakty ( k o n t a k t y j e d ná o kontakty pájené indiem. kontakty ],4). V našen přÍpadě se Podrobněji kontakty V praktiku
je o přípravě 3, 4
v z o r k ů p o j e d n á n o v d o p o r u č e n é1 i t e r a t u ř e .
m u s í m em ě ř i t
pro tyto
kontakty,
Napětí mezi
se zanedbate1nýn odběrem proudu.
přístrojem
Ú č e l y p o u Ž Í v á m eb u č m u l t i m e t r
G.1001
nebo mikrovo}tmetr
BM 545 .. Měření provádíme v zapojenÍ pod}e obr.2
J a k o z d r o j j e v h o d n ép o uŽít stabi1izovaný zdroj napětí v ý s t u p n Í mn a s regu1ovate1ným pětÍm (např. Aritma). NenÍ-1i k d i s p o z i c i , j e m o ž n op o u Ž í t vzoral
zdroj 6 V ss z rozvoJu. 0o s é r Í e s e v z o r k e m z a p o j u j e m ep o suvný odpor R ' kterým dostavujemeproud vzorkem. Proud měř Í m e m u 1 t 1 m e t r e mG 1 0 0 r . 5 0 0 P ř i m ě ř e n í n e s m íb ý t v z o r e k
Obr. 2
-
tL
-
ohřÍván protékajícÍm proudem. 0hmické ztráty ve vzorku by nemě1y překročit podstatně 10 mt,l Je1ikoŽ odpor vzorku je menšÍneŽ 1 n , můŽeme měřit s proudy do 100 mA znatelně
N a p ě Ť o v ék o n t a k t y voltmetru.
),
vzorku připojíme ke kompenzátoru nebo k mikro-
4
PouŽíváme-li kompenzátoru, je nutno dbát na polaritu
napětí'
Vodi-
v o s t v y p o Č t e m ez e v z t a h u
6= Zde oznaČujeme It,z
ť
It
t d
u ),
,>
(11)
r4
proud vzorkem .
UJ,4
3 , 4
napětÍ nezi kontakty
MěřenÍ HalIova naoětÍ EIektromagnet zapojujeme pod1e schématuna obr.] me v rozmezÍ
L
aŽ
zbytečně nezatěŽovali
P r o u d m a g n e t e mm ě n í
Ihned po měřenÍ obvod odpojujeme od sítě,
4 A zdroj.
abychom
Ha}lovo napětÍ měřÍmeopět kompenzátoremnebo m i k r o v o l t m e t r e m m e zÍ kontakty
Je o
5, 6
více neŽ dva řády menšÍ neŽ ohmické napětÍ U. n , takŽe měřÍme na 5 mV komPenrozsahu zátoru
nebo
1 mV
mi-
Vzhledem
krovoltmetru.
k tomu, Že se jen vzác ně podařÍ naIetovat kontakty
napros
to symetricky ' naměřÍme mezi nimi, teče-1Í
Obr. , proud vzorkem, napětí i
5, 6
nuIové hodnotě magnetické Índukce. Nejedná 5e po-
při
a1e o ohmické napětí. Správnou hodnotu HaIlova n a p ě t í s t a n o v Í m e p o o d e č t e n Í t o h o t o o h m i c k é h o n a p ě t í . T o t o m ů Ž e m ep r o v é s t , chopiteIně
o Ha11ovo napětí,
napět í
změříme-1i
,,,,
při
obou moŽnýcho7}t.itách
p o I e . N a p ě t Í p ř e d k o m u t a c í p r o u d u m a g n e t e mn e c h Ť j e
U;:á,
magnetického'
po komutaci
U.;;á
P ř e d k a Ž d o u k o m u t a c í p r o u d u m a g n e t e m s n í Ž í m e p r o u d m a g n e t e mn a m i n i m u m . A b s o 1utnÍ hodnotu Ha1lova napětÍ pak stanovÍme podIe vztahu
l"l
u!1, 6)
,t:"
.
íl?)
P ř Í k o m u t a c i p r o u d u m a g n e t e ms e m ů ž em ě n i t i p o I a r i t a n a p ě t Í U l A . P a k j e v ý h o d n é ,m ě ř í m e - l i k o m p e n z á t o r e m z, a p o j i t m e z i v z o r e k ( k o n t a k t y q 6 ) a m ě ř í c í přÍstroj komutátor. t v
Li teratura J. BroŽ a kol. :
7áklady fyziká1nÍch měření TI/B ' 1 1. 1 a č 1 . 1 1 . . 1 . ] ' 1 stař
- 72 -
1 1 . C 1 1A R A K T E R I S T I K Y
DIOO
PracovnÍÚkoI Stanovte a graficky znázorněte charakteristiky u s m ě r ň o v a c íd i o d y a Z e n e r o v y d i o d y .
v a k u o v éd i o d y , p o 1 o v o d i č o v é
Z e z a k r e s l e n ý c h c h a r a k t e r i s t i k s t a n o v t e d y n a m i c k ýv n i t ř n í o d p o r v e z v o I e n ý c h b o d e c h p r o p u s t n éa z á v ě r n é č á s t i c h a r a k t e r Í s t i k y . P r o Z e n e r o v u d i o d u u r č e t e t é Ž d y n a m i c k ý v n i t ř n í o d p o r v p r a c o v n Í mb o d ě , Z e n e r o v o n a p ě t í a s t a . bilizační činitel.
Vakuová dioda
J e t v o ř e n a b u ň k o u , v e k t e r é j s o u u m í s t ě n yd v ě e 1 e k t r o d y , k a t o d a a a n o d a . E1ektronka je evakuována,takže střednÍ vo1ná dráha e1ektronůje větší neŽ rozměry baňxy a zbytkový p1yn neovIivňuje pohyb e1ektronů. Anodabývá vá1covit é h o t v a r u a o b k I o p u j e p ř í m o n e b o n e p ř í m o ž h a v e n o uk a t o d u . Z d r o j e m e l e k t r o n ů j e v r s t v a o b s a h u j Í c Ík y s 1 i č n í k y b a r y a , s t r o n c i a n e b o v á p n í k u , k t e r á j e u p ř Í m o Ž h a v e n ý c hk a t o d n a n e s e n a n a Ž h a v Í c í v 1 á k n o , u n e p ř í m o ž h a v e n ý c hn a k o v o v ý v á 1 e č e k , u v n i t ř k t e r é h o j e z a b u d o v á n ot o p n é v 1 á k n o . V e l i k o s t e m i s n Í h op r o u d u I z k a t o d y ž h a v e n én a t e p l o t u T j e d á n a R i c h a r d s o n o v ý m - D u s h m a n o vzýá m konem exp {- ro / k T I
AST2
(1)
v němŽ A a 'o jsou konstanty charakterizující emisní látku katody, S p l o c h a k a t o d y e k B o I t z m a n n o v ak o n s t a n t a . M a t e r i á l p r o e m i s n Í v r s t v u s e v o lí tak, abY výstupní práce no byla co nejmenšÍ. P o k u d n e n í m e z i a n o d o ua k a t o d o u e 1 e k t r í c k é p o 1 e , n e s t a č Í v š e c h n ye 1 e k -
t r o n y e m i t o v a n éz k a t o d y p ř e j Í t n a a n o d u ' V o k o l í k a t o d y s e v y t v o ř Í z á p o r n ý prostorový náboj' Jeho působením s e č á s t e 1 e k t r o n ův r a c Í n a k a t o d u . N a a n o d u s e d o s t a n o u p o u z e t y e 1 e k t r o n y , k t e r é p o e m i s i z v r s t v y m a j Í d o s t a t e č n o ur y c h I o s t k p ř e k o n á n Í p o t e n c i á 1 o v éb a r i é r y p r o s t o r o v é h o n á b o j e . J e - 1 i v n ě . . e 1 e k t r o n k y a n o d a s k a t o d o u v o d i v ě p r o p o j e n a , t e č e p ř i n u I o v é mp o t e n c i o n á ] . n í mr o z d í 1 u mezi anodoua katodou nepatrný proud n, 10-5 aŽ to-4 n P ř i z á p o r n é mn a p ě t Í n a a n o d ě v ů č i k a t o d ě s e v e l i k o s t t o h o t o p r o u d u z m e n š u j ea p ř i n a p ě t í Ua = - 0,5 aŽ I V je jiŽ neměřitelný. Zvětšuje-li se napětÍ mezi anodoua katodou do kladných hodnot, odsávajÍ s e e 1 e k t r o n y k a n o d ě . 0 b I a s t p r o s t o r o v é h on á b o j e s e z m e n š u j e a a n o d o v ý p r o u d vzrůstá. P ř i b 1 i ž n ě j e m o Ž n op o p s a t z á v i s 1 o s t a n o d o v é h op r o u d u I . napětÍ U") 0 vztahem Í
ta
-
o
||
ta
'r, l4 .l
na anodovém
(2)
L
t
-73-
V n e m Ž a j e k o n s t a n t a z á v i s I á n a g e o m e t r i c k é mu s p o ř á d á n í e I e k t r o d . P o d l e v z t a h u ( 2 ) n a z ý v a n é h o L a n g m u i r o v ý mn e b u t ř í p o l o v i n o v ý m z á k o n e m b y s e m ě I proud I" z v ě t š o r , a t p ř i z v y š o v á n í a n o d o v é h on a p ě t Í a Ž p o h o d n o t u r o V n o u e m i s n Í m u p r o u d u u r č e n é m uv z t a h e m ( 1 ) ' D a 1 š Í z v y š o v á n í n a p ě t í b y n e m ě 1 o m í t v 1 i v n a v z r ů s t a n o d o v é h op r o u d u . T a t o o b I a s t v o l t a m p é r o v é c h a r a k t e r i s t Í k y s e n a z ý v á o b l a s t n a 5 y c e n é h op r o u d u . L z e j Í v š a k d o s á h n o u t p o u z e u e } e k t r o n e k s katodou z Čistých kovů nebo thoriovaného wo}framu. Tyto materiá1y se V současné době pouŽívají při výrobě katod jen výjimečně. U běžných kysličníkových k a t o d d o j d e p ř i p r ů c h o d u v ě t š í h o a n o d o v é h op r o u d u k I o k á I n í m u p ř e h ř Í v á n Í v r s t v V , k t e r é z p ů s o b í z v ý Š e n Íe m i s n Í h o p r o u d u a z a b r á n í d o s a Ž e n í o b I a s t i n a s y c e ného proudu. V a k u o v é d i o d y s e v s o u Č a s n éd o b ě p o u Ž Í v a j í p o u z e k u s m ě r ň o v á n í p r o u d ů je v e v y s o k o n a p ě t o v ý c h o b v o d e c h . V z h 1 e d e mk t o m u , Ž e e l e k t r o d y j s o u v e v a k u u , při vhodné 9eometri i e1ektrod největŠí dovo}ený potenciálový rozdÍ1 mezi kat o d o u a a n o d o u ( m a xi m á l n Í i n v e r s n Í n a p ě t í ) ř á d o v ě a Ž i 0 , V
PolovodiČovédiodv Čisty polovodič se chová jako lineárnÍ prvek. Jeho odpor není závisIý lze na Vel ikosti a poIaritě napětÍ. Nelineární a nesouměrnoucharakteristiku z í s k a t u p o l o v o d i Č e d o p o v a n é h ov h o d n ý m i p ř Í m ě s e m i . V h o d n o u t e c h n o l o g i í v ý r o b y lze dosáhnout toho, Že se uvn!tř po1ovodivého krysta1u vytvořÍ dvě ob1asti s V jedné z nich je vodivost různýmtypem vodivosti' te1i proudU - elektrony, v druhé kIadnými nositeli
způsobena zápornými nosis proudu - děrami.0bIast
ob1ast s e1ektronovou děrovou vodivostÍ nazveme oblastí s vodivostÍ typu P, m o n o k r y s t a1u polovodiče na seNavazujÍ-Ii uvnitř vodivostÍ oblastí typu N - N be oblastÍ typu P a N ,-mluvíme o přechodu P k N je nesouměrná. Je-Ii přechodu P VoItampérová charaktěristika N záporný, je oclpor k1adný pó1 zdro3e a k vrstvě se p o l o v o d i č e m a I ý , p ř e c h o d P - N j e z a p o j e n v p r o p u 5 t n é ms m ě r u . 0 b r á t Í - I i j e N zapojen v poIarita napětí, odpor Vzro5te o někoIik řádů. Přechod P napětÍ protéká dazávěrném směru' Takovýmtopřechodem pak při dané velikosti I e k o v ě t š í p r o u d v p r o p u s t n é m s m ě r u ' n e Ž v z á v ě r n é m a p o l o v o d i č m ů ž es 1 o u Ž i t oblasti'
typu
P
přiloŽen
jako usměrňovacÍ prvek. Podrobněji
j e m o ž n os e s e z n á m i t s p o l o v o d i č i
L?) V s o u Č a s n éd o b ě p ř e v 1 á d á j a k o z á k 1 a d n í m a t e r i á l
V knÍze
pro výrobu polovodičo-
vÝch prvků křemÍk' na hrotové a pIošné. Hrotové diody v y s o k o f r e k v e n č n Í c h s i g n á 1 ů' R o b u s t n ě j š Í p } o š n é
PoIovodičovédiody je moŽno rozdělit s } o u ŽÍ p ř e d e v š í m k d e t e k c i
d i o d y s e p o u Ž í v a j Í v s i ' 1 n o p r o u d ét e c h n i c e . UsměrňovacÍschopnost poIovodičových diod se charakterizÍrje pomocÍ usměrňovav propustném cÍho poměru 1 , který je definován jako poměr proudu 'o směru ku proudu ve směru závěrném I,' při konstantní abso1utnÍ hodnotě napětÍ na usměrňovači
íl
T,
t4
-
(l)
BěŽné hodnoty usněrňovacÍho poměru jsou větší neŽ 10] , u křemíkových dtod je dosažiteIná hodnote až l08 UsměrňovacÍpoměr je závts}ý na teplotě, s růstem teploty
však rychleJÍ
závěrný proud neŽ proud v propustném usměrňovací poměr, Zvý31-L1 se teplota
vzr0stá
směru. 5 růstem teploty proto klesá n a d u r č i t o u m e z ' J e j i ž u s m ě r n ě n í z n a č n ě n e e f e k t 1 v n Í a m ů Ž ed o J í t k p o š k o z e . ní přechodu. Z tohoto důvodu rrelze používat germaniové diody při tep1otách nad
600 c
K ř e m Í k o v éd i o d y i r o h o u p r a c o v a t i p ř i
teplotě
1000 c
lqnerovLg_l-ggl Podstatou v1astnÍ činnosti Zenerových diod je elektrický průraz přechoP - N zapojeného v závěrném směru. Při tomto elektrickém průrazu nedochází však ke zničenÍ usměrňujÍcÍho přechodu P - N , pokud Zenerův proud nedu
přesáhne jistou
maximální hodnotu danou největšÍm dovoleným ztrátovým výkonem, který je dioda schopna vyzář1t ve formě tepla. K elektrickému průrazu přechodu P - N v křemÍku docházÍ vlivem dvou f y z i k á 1 n ě o d 1i š n ý c h p o c h o d ů a) vlivem Zenerova jevu b) v1ivem 1avinového násoben1 nos1telů v ob1asti ořechodu. Zenerovýmjevem se rozumÍ jistý kým polem. Intenzita
pole v přechodu
druh vnitřnÍ emise vyvolaný e1ektricP - N vzrůstá s růstem přiloŽeného zá-
věrného napětÍ. Dosáhne-li tato intenzita tzv. kritické hodnoty, která pro křemÍk je asi 5.1o5 V/cm , dojde k vytrhávání elektronů z valenčnÍho pásu a tyto elektrony se tunelovým přechodem zakázaného pásu dostanou do pásu voPodstatně se tÍm zvětšÍ počet volných nositelů náboje a prudce se sníŽÍ odpor přechodu. PředpokIádá se, že tento mechanismus se projevuje u ''tenkých,' si1ně dotovaných přechodů' Na takových přechodech se docÍIÍ kritické intenzity pole, potřebné k Zenerovu průrazu. U'.tenkých'' přechodů nedochádivostnÍho.
zÍ k nárazové ionizaci
a t í m i k d r u h é m um e c h a n i s m u ] . a ' l i n o v é h op r ů r a z u . Lavinový průraz převažuje u Zenerových diod, u nichŽ je průrazné napětÍ
většÍ neŽ
Se vzrůstajÍcím přiloŽeným napětím na přechodr: se zvětšuje jak Íntenzita elektrického pole, tak i šířka obIasti přechodu. Při jisté 5 aŽ 6 V
intenzítě po1e, niŽší neŽ je krÍtická hodnota, při které docházÍ k Zenerovu jevu k vnitřnÍ emisi polem' nabývajÍ nosite1é náboje energie dostatečné k uvo}nění dalšÍho valenčnÍhoe1ektronu. U křemÍku je energie potřebná k vytvořenÍ páru
eIektron - díra
urychIeni
po1em, způsobí při
v é m un á s o b e n í n o s i t e l ů
asi
2,25 eY
VzniklÍ
nositelé
jsou potom opět
srážkách vznÍk daišÍch párů a docházÍ k 1avino-
a opět k rychlému poklesu odporu přechodu.
E x p e r i m e n t á l n ě I z e r o z h o d n o u t , k t e r ý z o b o u m e c h a n i s m ůu d a n é h o t y p u podle teplotnÍ závislosti průraznéhonapětí. Je známo, Že
diody převládá,
šÍřka zakázaného pásu se zmenšuje při zvětšování teploty , Za zvýšenéteploty pak postačÍ nižšÍ při1ožené napětÍ k dosaŽenÍ Zenerova průrazu. Znamenáto, u kterých se up1atňuje Zenerův jev, majÍ záporný teplotnÍ součinite1 průraznéhonapětí. Přl 1avlnovémprůrazu závisí průrarné napětí na pohybže diody,
15
Zvýšení tep1oty Ta se však zmenšuje s rostoucÍ tep1otou. nosite].ů pří sráŽce by1a dostapřechodu vyžaduje zvýšení napětí, aby energie Zenerovy diody, v nichŽ přev}ádá tento teČná k vytvářenÍ lavinového proce5u. Zenerova napětí. m e c h a n i s m u st m a JI k I a d n ý t e p I o t n í s o u č i n i t e 1 l1vosti
nositelů.
Zenerovv diodv
Voltampérová charakteristika
Typický tvar charakteristÍky
je zakres1en na obr. l
+ld
+lJ
eUo U2s '\'\. '\.
\. \.\
o,2 176
\
lzm
\rPrt
0br charaktezapojení přechodu a pod1e fyziká1ních podmínek 1ze (Zenerovu). rozděIit na tři ob1asti : propustnou, závěrnou a průraznou ristiku se získá, při1oŽíme-1i k]adné napětí na ob1ast Propustná část charakteristiky
PodIe polarity
s vodÍvostí typu
P
a záporné na ob1ast
N
Závěrnou a průraznou část cha-
obrácené po1aritě zdroje. (část A na obr.I) je obdobná propustné Propustná část charakteristiky má dioda části běŽné usměrňovací diody. V závěrné části (rast B na obr.t) I d řád.ově 10-oA. značný vnitřnÍ odpor. 0iodou teče nepatrný závěrný prouc!
rakteristiky
získáme při
Zenerovy dÍody v této ob1asti se v kata1ozích udává urči-Ud -Id při určitém napětí tá maximá1ní dovo]ená hodnota tohoto proudu -Ud = 1 V )' (např. u diody typu K7 70' až 7I5 3e .Io ( 50 pA při Při překročenÍ závěrného napětí nad velikost danou polohou bodu U.o
Pro ověření kva1ity
začne Zenerova dioda vést náh1e velký proud.Její
76 -
odpor pok1esne z hodnoty
PracovnÍbod Zenerovydiody 105ll a vÍce na hodnotu řádově too až toln volÍmezásadně v této obIasti charakteristiky (čast C na obr.1). ExistencÍ . t é t o p r ů r a z n éo b l a s t i s e l i š í Z e n e r o v a d i o d a o d n o r m á I n Íu s m ě r ň o v a c Íd i o d y . Vlastnosti Zenerovydiody se v katalozÍch popisují údaji, které charakterizuj Í t u t o p r ů r a z n o uo b l a s t . Z e n e r o v o n a p ě t Í s e u d á v á p r o p r a c o v n Í b o d d o p o r u č e n ýv ý r o b c e m . P o 1 o h a p r a c o v n Í h o b o d u s e p ř e d e p i s u j e p o m o c íp r o u d u I , ' k t e r ý s e v o l í z p r a v i d l a v r o z mezí od 0,2 Izm do I,', t a k , a b Y I e Ž e l v 1 i n e á r n Í č á s t i p r ů r a z n éo b l a s t i . P r o u d I , * j e u r č e n m a x i m á I n í mz t r á t o v ý m v ý k o n e ' P , ' a je přibližně roven (4)
U,
Irt
Zenerovy diody byly vyvinuty
původněpro stabi1izaci
napětí v obvodech,
tedy jako poIovodičový ekvivaIent
stabi1izačních doutnavek. V tomto oboru majÍ své hIavní up1atnění. PouŽívají se však téŽ jako vyhlazovacÍ a vazební j a k o o m e z o v a č en a p ě t Í , a p o d . J a k o p ř Í k 1 a d p o p Í š e m eo b v o d p r o s t a b i l i zacÍ stejnosměrného napětí' Zapojení tohoto obvodu je znázotněno na obr.2
prvky,
0 b v o d m ů ž ep r a c o v a t j a k o s t a b i 1 i z á t o r napětÍ, pokud :
o
a) vstupní napětí U1 je větéí neŽ Z e n e r o v o n a p ě tí U "
tl
vo
je zvolen tak, aby zatěR. p ř Í m ka protína1a charakterisŽovacÍ jako např. tiku v průrazné oblasti,
b) odpor
b
přímka
l
na obr.1
Obr. 2
Z obrázku I 1ze vyčÍsti princip činnosti stabilizátoru. Zvětší-Ii se vstupní napětí AUt ' posune se zatěžovací přÍmka (viz přÍmka 2 na obr l). NapětÍ na diodě se zvětší pouze o
auo<< aul
V l a s t n o s t i s t a b i 1 i z a č n í h o p r o u d u s e p o p i s u j Í p ř e d e v š Í m: a ) s t a b i 1 i z a č n í mč i n i t e 1 e m S u , k t e r ý j e d e f i n o v á n j a k o p o m ě r r e 1 a t i v n í z m ě n y v s t u p n Í h on a p ě t í A U l / U l k r e l a t i v n í z m ě n ěv ý s t u p n í h on a p ě t Í Auo / uo , tedy
^ uo D= u
aut ul
(6)
auo
Č t m3 e s t a b i 1 i z a č n Í č i n i t e 1 v ě t š Í , t Í m m é n ěz á v i s Í v ý s t u p n í n a p ě t Í n a n a p ě tí vstupním; b) vnitřnÍm odporem
ri
AU ÁIo
,
k t e r ý u r č u j e z á v i s 1 o s t v ý s t u p n í h o n a p ě t í n a o d e b Í r a n é mp r o u d u
-77-
(7)
P r o t o Ž e z m ě n u n a p ě t Í z d r o j e m ů ž e m ev y j á d ř i t
AUt
.
=
+
R. AI
AI r,
výrazem
'
,
psát pro stabiIizačnÍ činite1 m ů } e mne a z á k I a d ě p ř e d c h o z í c h d v o u r o v n i c U o (R . + t i u
Je-Ii jádřit
Ut ti
Uro(R. + rr)
) ai
\o,/
ut ti
AI
U , < < U I , m ů Ž e m es t a b i 1 i z a č n Í č i n i t e l " vztahem V p r a c o V n í m b o d ě u r č e n é mp r o u d e m I , .i ((
R,
5u
"
u.o
přibližně
vy-
r, r
/
vŽdy splněn, ZatÍmco prvnÍ předpok1ad je prakti cky e x t r é m n ě v y s o k é mn a p ě t í z d r o j e .
d r u h ý j e n v ý j Í m e č n ěp ř i
DiodymajÍ.vjednot1ivýchčástechcharakteristikyřádověznačnéod1išodporŮm měřících přístrojů, né vnitřní odpory. Přih1édneme-1i k vnitřnÍm charakteri.stiku. ne1ze proto měři't v jediném zapojení ce1ou Závěrnou oblast charaKměřÍme v zapojení teristiky p 1 n ě vytaŽeného schémaood1e Statický odpor tu na obr.J
-l L
diody je v této části charakextrémně veIký ' teristiky
ív.! I
neŽ vnitřní od- podstatně větší por běŽných vo]tmetrů. Kdyby byl voltmetr zatazen za ampér-
I
m e t r ( č á r k o v a n ě z n a č e n éz a p o j e n í ) , m ě ř i t Í b y c h o r nv p o d s t a t ě
Obr. 3
pouzeproudvo1tmetrem.Zapojujemeprotovo1tmetrpředampérmetraměřÍme n a a m p é r m e t r uj e v š a k z a n e d ú b y t e k n a p ě t Í n a d i o d ě a a m p é r m e t r u . s p á dn a p ě t í j e p o d s t a t n ě m e n š ín e Ž o d p o r d i o d y v batelný, nebot vnitřní odpor ampérmetru pouŽÍt velmitcit1ivého přístroje' z á v ě t n éo b } a s t i . K m ě ř e n Í p r o u d u m u s í m e j e o b d o b n és m ě ř e n Í m g a I v a n o m e t r un e b o m i k r o a m p é r m e t r uM. ě ř e n í v t é t o . o b I a s t Í směru. c h a r a k t e r i s t i k y u s m ě r ň o v a c íd i o d y V n e p r o p u s t n é m OdporRzakreslenýnaobr.Jjeodporemochranným,zapojujesedoobvodupřiměřenÍcharakteristikyZenerovydiody.Jehoúko1emjezabránitpok p r ů r a z n éo b 1 a s t i c h a r a k t e š k o z e n í m i k r o a m p é r m e t r pu ř i p ř e c h o d u z e z á v ě r n é 1 0 5 s t a m ů ž eb ý t i v ě t š í p o d l e ristiky. Ve}ikost odporu R volíme řádově d r u h u Z e n e r o v y d i o d y a o s t a t n Í c h p a r a m e t r ůo b v o d u .
-18-
V závěrne části charakterÍstiky kových diod je řádu
proud diodou pozvo)-na roste
(u křemÍ-
nebo menší), přib1ÍŽně úměrně zvyšujÍcÍmuse proudu na napětí je příznakem,' Že se dostáváme u Zenerovy diody do průrazné ob1asti charakteristÍky, tj. v1evo od bodu U, na obr'l U b ě Ž n ý c h u s n r ě r ň o v a c Í c hd i o d p r u d š í v z r ů s t p r o u d u z n a m e n á , Ž e s e napětí. 0střejší
l0-b
A
závis1ost
dostáváme do b1ízkosti
maximálního inversního napětÍ a hrozí zníčení diody. V průrazné ob1asti teče Zenerovou diodou podstatně větší proud než v
závěrné oblasti.
M u s Í m ep r o t o j e d n a k n a h r a d i t
m i k r o a m p é r m e t rp ř Í s t r o j e m s v ě t š í m r o z s a h e m , m i 1 i a m p é r m e t r e mn e b o a m p é r m e t r e m .V o 1 t m e t r z a p o j í n e a Ž z a ampérmetr(na obr.] naznačenočárkovaně) a měříme napětÍ pouze na diodě. MusÍme kromě toho značně zmenšit odpor oblast.
Vo1ba veIikosti
jícÍho kritického
R,
sériového odporu
přÍktadu pro diodu
abychom proměřili R
KZ 10'
ce]ou průraznou
bude nejlépe patrnou z násIeduJejí
Zenerovo napětí je při-
b l i Ž n ě 7 V a p ř i u m í s t ě n Ín a c h l a d í c Í p l o c l . r u l 0 0 x 1 0 0 m m j e m e z n í h o ť n o t a proudu I'' = 1, ] A (meznÍ ztrátový výkon cca 10 l.l ). Statický odpor 'diody p r o m a X i m á 1 n Íp r o u d J e p ř i b 1 i Ž n ě = U, / !,^, Rz 7 / I,, : 5^fč Aby'in chom diodu nepřetÍŽi1i, musí být při napětí zdroje |J = 24 Y , které pouŽÍVáme, minimálnÍ odporobvodu = U / I,) ! 18,5íl Rmin = R+R.min 0dpor R
musÍ být tedy nejméně i],5
Q Průraznou ob1ast charakteristiky měříme 0'0l I'' do I.' Této změny proudu dosáhneme změnou napětí zdroje, přÍpadně zvětšováním odporu R Za pracovní bod pok1ádáme ten, v němŽ je asi
od
r, = o'l A
V propustné oblasti podIe obr.4
PoIarita
m ě ř í m e v o } t a m p é r o v o uc h a r a k t e r i s t i k u zdroje je opačná neŽ na obr. J
v zapojení
0dpor diody v propustn é ms m ě r u j e r e ) - a t i v n ě m a 1 ý , proto je vo1tmetr zapojen aŽ za ampérmetr. VystačÍme5 ma. 1ým rozsahem vo1tmetru ( - 1 V ). Při všech měřeních pouŽívámebuč zdroje neproměnného stejnosměrného napětí 24 u (z e1ektrického rozvodu v praktiku),
napětÍ a proud
diodou regulujeme odpory
Obr. 4
rl
^ r zakres1enými na obr.4. 2 V ý h o d n ě 3 š Íj e v š a k p o u Ž í t s t a b j . 1 i z o v a n é h o z d r o j e s t e j n o s m ě r n é h o n a p ě t Í , n a p ř . Aritma 0P 2804', z něhoŽ ].ze odebírat 1ibovo1né napětí v rozsahu 0 - 24 V (Část A) , nebo L2 - )6 V (část B), nebo zdroj Tes1a BS 525 se dvěma sta-
bi1izovanými napětímÍ 0 - ]0 V VýstupnÍ napětÍ se reguIuje přÍmo na zdroji a posuvný odpor r1 není potřeba. Zapojení obvodu pak odpovÍdá obr.] Ze zdrojů 0P 28049 a BS 525 však nelze odebírat větší proud neŽ i A, charakteristiky pak měříme jen po tuto maximá1ní hodnotu proudu. Před měřením je nutno na zdroji 0P 28045 nastavit hodnotu automatické pojistky na očeká. V a n o U m a x i r . n á l n Íh o d n o t u p r o u d u .
- 79 -
souřadnicovÝm zapisovačem
MěřenÍ charakteristik
n e 1 i n e á r n Í c h p r v k ů m ů ž e m es v ý h o d o u p o u ž Í t g o u který XY 410], ťadnicovéhozapisovače. Jedním z těchto zapisovačů je typ pouŽívámev praktiku. Zapisovač má dva nezávis1é napětové vstupy a psac! zař í z e n Í s e m ů ž ep o h y b o v a t v e d v o u k o l m ý c h s m ě r e c h . V ý c h y 1 k a v j e d n o m s m ě r u j e K měřenÍ charakteristik
Y X , v d r u h é mn a p ě t í n a s v o r k á c h úměrnánapětÍ přiváděnému na svorky S o u ř a d n Í c e p o 1 o h y p e r a j s o u p r o t o ú m ě r n év s t u p n í m n a p ě t í m . V k a Ž d é m s m ě r u v ý c h y I k y p e r a m ů ž ez a p i s o v a č s 1 o u Ž i t nosti
na přesném odporu vhodné veIikosti
přes-
p r o u d ' m u s Í m es n Í m a t n a p ě t í
Chceme-li některým ze vstupů měřit
0,2
v d a n é mp ř Í p a d ě t ř í d y
jako voItmetr,
zapojenémsérÍově do obvodu' zůstává stejná
Problematika měřenÍ voItampérových charakteristik
jako
měřenÍ bod po bodu. Vyhnemese však odečítání hodnot, jejich záznamu a bereme proud jao p ě t n é m uv y n á š e n í d o g r a f u . P ř i z a k r e s 1 o v á n í c h a r a k t e r i s t i k při
k o n e z á v i s J ' e p r o m ě n n o u . N a p ě t í z m ě r n é h oo d p o r u Y
zapisovače' jak je znázorněno na obr'5
př1vádíme proto na svorky
R
X
Ke svorkám
přivádÍme přímo
n a p ě t Í s n í m a n én a diodě.
Vstupní odpor
je u daného zapi5oVače na všech rozsazÍch konstantní a rovný
,
100 k ít. ' takže při měření diody V propustném směru neov1ivní výs1edek měření. PřÍ měření v závěrném směru zapojíme pochopite1ně
Obr. 5 by spád napětí na odporu odporem zesiIovače
svorky
předodpor
X
R'jinak
byI především určen proudem tekoucím vstupním
R
X
U v e d e m en ě k o l i k
poznámek k vo1bě rozsahu zapisovače a hodnoty odporu
diod postačí zakreslovat na mi1imetrový papír formátu Charakteristiky A4 , to jest na plochu asi 28 x l8 cm Do jednoho grafu zakreslujeme jak propustnou, tak i závěrnou část charakteristiky. Nu1u vo1íme proto přib1ižně R
ve středu
papÍru. Předpok1ádejme, že propustnou část charakteristiky při
d Í č o v éd i o d y b u d e m e m ě ř i t NastavÍme-1i na zesilovači pera při
napětí
I,2 u
by1a při
proudu
1 A
R = 0,1 íl
a
X
rovna rovna
napětí do
cca 1,2 V
a proudech do
po1'ovc1 A
0,1 V/cm , bude výchyIka Chceme-1i, aby výchylka ve směru Y
napěŤovou konstantu 12 cm
10 cm, zvoIÍme napřík1ad kombinaci odporu
n a p ě Ť o v o uk o n s t a n t u z e s i l o v a č e
Y
rovnu
10 mV/cm
0bdobně pře-
d e m m u s í m eo d h a d n o u t v h o d n é r o z s a h y p r o d a 1 š Í m ě ř e n Í . N a z á z n a m o v ý p a p í r v Ž d y p o z n a m e n á m en a s t a v e n é h o d n o t y . P o d 1 e n i c h strojíme stupnice
na souřadných osách'
n e b o j e m ů Ž e m ez a k r e s l i t
se-
S o u ř a d n é o s y d o m a 1 u j e m eb u č d o d a t e č n ě ,
pomocÍ posuvu nuIové po1ohy pera zapisovače. Ku1tura
vzniklého grafu značně závisí
n a u v á Ž e n é mp o s t u p u p ř i
měřenÍ' Napětí na obvo-
d u m u s Í m ez v y š o v a t p 1 y n u I e a p o m a 1 u . D o p o r u č u j e m ep r o j e t
-
ČlU -
p ř e d k a ž d ý mm ě ř e n í m
přÍs1Ušnou Čá5t charakteristiky
z k u s m o s n e s p u š t ě n ý mp e r e m , S c h é m aZ a k r e s l e n é n a o b r . 5 odpovídá obvodu pro měření propustné částí charakteristik. 0bvod pro měřenÍ závěrných částÍ nebo pro průraznou obIast
Zenerovy diody upravíme v souladu s pokyny uvedenými pro měřenÍ charakterist i k b o d p o b o d u . P o t e n c i o m e t r R p o u ž Í v á m ep o k u d n e m á m ek d i s p o z i ' c i zdroi s p r o m ě n n ý mv ý s t u p n í m n a p ě t í m'
Lqgltače' řízená'ěř B l o k o v é s c h é m aa p a r a t u r y p r o a U t o m a t i z o v a n é m ě ř e n Í v o l t a m p é r o v ý c h c h a d1od (obecně dVojpóiů) je zakresleno na obr.
rakteristik
xY-/.130
PMD-85
MULTIMETR G1002.500 HI LO
ME RE NY P RVEK 0br M 1 k r o p o Č Í t a č e mP M D - 8 ' . . 1 eř í z e n z d r o i n a p ě t í . c o Ž u m o Ž ň u j e n a j e h o v ý s t u p u generovat napětí rostoucÍ od Umin do U'.* S o u Č a s n ěp o č í t a č o d e č Í t á h o d n o t y p r o u d u n a m ě ř e n ém u I t i m e t r e m a n a z á k I a d ě v o 1 b y u Ž i v a t e I e k r e s l Í m ě ř e n o u závj'slost na mínigrafu XY - 4l]0 Softwarově je průběh měřenÍ ošetřen tak, Ž e m ě ř e n í s e u k o n č Í p o d o s a Ž e n Í n a p ě t Í U ' a , , n e b o p ř e k Í . o č e n íz a d a n é h o m a x i ] má1ního zatěžovacÍho proudu I'., , případně po překročení nastaVeného pIoudového rozsahu muItimetru. Po ukončení měření se nastavÍ na nu1u vÝstuDní napetí řÍzeného zdroje K a ž d é m ě ř e n í j e m o Ž n ép r o v é s t b u d s k o r e k c Í n a v n i t ř n í o d p o r a m p é r m e t r u , nebo bez této korekce, což umoŽní posouzení v1ivu vnitřního odporu muItimetru. Hodnoty vnitřního odporu pro jednot}ívé rozsahy multimetru jsou dek1arovány V programu. Při ho.zdroje Při tí zdroje
vyhodnocování korekce se odečítá od výstupního napětí iízenév y p o Č Í t a n ýs p á d n a p ě t í n a v s t u p u m ě ř í c í h o p ř Í s t r o j e . d a n é k o n f i g u r a c i m ů ž eb ý t m i n i m á I n í U ' i n napěa maximá1nÍ U'.* voleno tak, aby byly splněny podmínky 0 Š U'in . U."" < 12 V Ma-
x i m á I n í p r o u d o b v o d e m m ů Ž eb ý t
I'",
S
1000 mA
- 8t -
P r o t o Ž e n e I z e p r o g r a m e mm ě -
je zdroje je nutno změnit zapojenÍ měřenéhoprvku. Na obr.6 pouze z a p o j e n a d i o d a v p r o p u s t n é m s m ě r u . P ř e d z a p o č e t Í mm ě ř e n Í z a p o j u j e m e si1ně vytaŽené spoje. SIabě zakreslené spoje zůstávajÍ u Ú1ohy.zapojeny trpolaritu
nit
vale.
Postup přÍ měření :-.w.eÍta-eem. BS 52' TV , počítač PMD-85 a muItimetr G l002.500 (zdroj nezapínat). Zkontro1ovat, zda tlačÍtko 5TART-AUT0 muItimetru je nestlačeno (vypnuto) .
a) Zapnout
.'DI00Y'. př íkazy
b) Spustit
program
c) Zapojit
měřený obvod podle obr.ó
je.
BASIC-G ;
R 0 } 45 ;
RUN
ZapojujÍ se pouze silně
Slabě vytaŽené spoje zůstávají trva}e zapojeny.
se přÍkazy počÍtače. VoIba reŽimu se vo1í t1ačÍtky s tÍm, Že při prvémměřenÍ probÍhá vŽdy varÍanta K6
d) Řídit
e ) P ř e r u š e n í m ě ř e ní l z e p r o v é s t s t i s k e m t l a Č Í t k a P0Z0R :
V y z n e č e n é5 p o -
Kú
aŽ
K,
Kg
Před zadáním poveIu RESET ( | RST) je nutno odpojit měřený prvek. L2 v cca Po odesIání přÍkazu bude na výstupu řízeného zdroje
Li teratura tr]
BroŽ J.
a ko1.:
Zák1ady fyzikáInÍch staŤ
tz)
5tránský
J.
a ko1.:
TERM0ELEKTR0N0VÁ
5PN, Praha l98]
4.5.2 Po1ovodičová technika stat
12.
měřenÍ I,
1, sNTL, Praha 197}
I I
EMISE
Pracovní úkoI změřte me1 . U r č e t e o d p o r k a t o d y * o d i o d y p ř i p o k o j o v ét e p 1 o t ě . o o o o " .*P t o d o u p ř í m o u p r o Ž h a v Í b íp r o u d y V r o z m e z í 1 0 a Ž l 0 0 m A 7 á v i s I o s t o d p o r u k a t o d y n a Ž h a v Í c í mp r o u d U z n á z o r n ě t e g r a f i c k y a e x t r a p o 1 a c í n a n u 1 o v o uh o d notu proudu určete Ro 2 , P r o n ě k o l i k Ž h a v í c Í c hn a p ě t í z m ě ř t e a n o d o v éc h a r a k t e r i s t i k y d i o d y . Ž h a v í c Í napětí vo1te v okolí hodnoty 1,2 V tak, aby při napětí na anodě 75 V b y I a n o d o v ýp r o u d v r o z m e z í o d 1 p A d o 0 , 5 m A
-82-
, . P r o k a ž d o u h o d n o t u Ž h a v Í c í h on a p ě t Í z m ě ř t e Ž h a v Í c Íp r o u d a u r č e t e o d p o r katody. Z grafu udávajícího závis1ost relativního odporu wolframu T T / R p n a t e p l o t ě u r č e t e .t.e p l o t y k a t o d y . G r a f i c k y z n á z o r n ě t e R i c h a r d s o n o v up ř Í m k u a z n Í s t a n o v t e v ý s t u p n Í p r á c i
U r č e n Ív e I i k o s t i v Ý s t u p n Í p r á c e V o I n é e } e k t r o n y v k o v e c h a p o 1 o v o d i č í c hk o n a j í n e u s p o ř á d a n ýt e p e 1 n ý p o h y b . V 1 i v e m t e p e 1 n ý c h f 1 u k t u a c í m o h o un ě k t e r é e I e k t r o n y u p o v r c h u k o v u z Í s k a t k i n e t i c k o u e n e t r g 1 i , k t e r á j i m u m o Ž n Ík o v o p u s t i t . P ř i o p u š t ě n ík o v u Výstupnípráce musí mÍt elektron energii větší neŽ tzv. výstupnÍpráce A je ve1ičina nezávÍslá na teplotě, liší se podle druhu materiá1u. Počet'eIekt r o n ů v y I e t u j í c í c h z j e d n o t k o v é h op o v r c h u r o s t e s r ů s t e m t e p I o t y . Z teorie plyne pro emisnÍproud emitoru tzv. Richardsonův-0ushmanův zákon
[ kde
B
1ikosti k
=
_? B T' e
je konstanta závislá emitujícÍ p1ochy,
-Tf A
(l) čistotě jeho povrchu a veT je abso1utní tep}ota,
na druhu materiáIu, A je výstupnÍ práce,
je Boltzmannova konstanta,
e
je zák1ad přirozených
výstupní práce 1eŽÍ pro různé kovy v mezÍch od Zlogaritmujeme-li rovnici (1), dostaneme
InI
2t,nT
konst
I
- - E -A 1
do
1ogaritmů. Hodnota 4 ,5 eV
I
T
\L)
nebo dekadickým z1ogaritmovánÍm 1og I - 2 ).og T
konst - 0,4343
Sestrojíme-1i graf ické znázornění rovnice (.og I - 2 log T) a na osu me vynášet výtaz p ř í m k u' j e j í Ž s m ě r n i c e j e
tgď
0,4343
T
A
T
A1
(])
x
_T-
tak,
í.(\ \ t
Že na osu
výraz +
y
)
bude-
' dost aneme
(4)
Z t o h o t o v z t a h u m ů Ž e muer č i t h o d n o t u v ý s t u p n Í p r á c e A p ř í s l u š n é h o m a t e r i á 1 u . U r č u j e m e - l i v ý s t u p n Í p r á c i v e 1 e k t r o n v o 1 t e c h , m u s í m ez a k d o s a d i t k : 8,617 10-5 eVK-1
Experimentální část A b y c h o mu r č i 1 i v ý s t u p n í p r á c Í , m u s Í m eu r č i t e m i s n Í p r o u d p ř i n ě k o l i k a t e p 1 o t á c h z k o u m a n é hm o a t e r i á l u . N e k I a d e m e - 1 iv e 1 k é n á r o k y n a p ř e s n o s t s t a n o . v e n é v ý s t u p n Í p r á c e , 1 z e m ě ř e n Í p r o v é s t s v a k u o v o u d i o d o u , j e j í Ž ž h a v e n ák a -
- '81 -
napětí, budou t o d a j e z m ě ř e n é h om a t e r i á 1 u . Z v ý š Í m e - 1 i d o s t a t e č n ě a n o d o v é polem k anodě a diodou poteče všechny emitované eIektrony odsáty e1ektrickým a n o d o v é h on a n a s y . c e n ý p r o u d , j e h o Ž v e 1 i k o s t j i Ž n e z á v i s Í n a d a 1 š Í mz v y š o v á n í proudu. p ě t Í . T e n t o n a s y c e n ý p r o u d b u d e r o v e n h 1 e d a n é m ue m i s n í m u pov1ak U běŽných usměrňovacÍch vakuových diod mají katody kys1ičníkový oblasti nasycenés extrémně nízkou výstupnÍ prací. U těchto diod nedosáhneme ohřevu emitujÍh o p r o u d u . 5 e z v y š o v á n í m a n o d o v é h op r o u d u d o c h á z Í k 1 o k á I n Í m u (viz vztah cí vrstvy. Tento ohřev vede vzh1edem k exponenciá1nÍ závis1osti ( l ) ) n a t e p I o t ě k d a 1 š í m uv z r ů s t u e m i s n í h o p r o u d u . V p r a k t i k u m ě ř í m e s d i o d o u bez kys1ičRA 0007 B, která má přímo Žhavenév1ákno z thoriovaného wo1framu, nÍkové vrstvy .
diody aŽ V t é t o ú l o z e j e n u t n o z m ě ř i t n ě k o 1 í k a n o d o v ý c h 'c h a r a k t e r i s t Í k Měření provádíme v zad o o b 1 a s t i n a 5 y c e n é h o p r o u d u p r o r ť r z n ét e p I o t y k a t o d y . vakuové diody Postup při měřenÍ anodovécharakteristiky pojenÍ podle obr.l
R A O O OBT
A
konstontního proudu
Tep1ota katody je určena Žhavícím jsme uved1i podrob,rě v návodu k úIoze 11 přÍkonem, tedy proudem a napětÍm na katodě. Nestabi1ita tohoto příkonu je hIavnÍm zdro3em chyb a proto pokud moŽno musí být proud katodou stabi1izován' Ú1ohu by1 proto zkonstruován stabi1izovaný zdroj konstantního proudu, ze kterého napájíme katodu. Proud katodou nastavujeme otočnýmčís1ic o v ý m s p í n a č e ma m ě ř í m e j e j d i g i t á 1 n í m a m p é r m e t r e m . 0 b ě t a t o z a Í í z e n í j s o u Pro tuto
zabudována ve zdroji.
z odporu v}ákna. Tento odpor měříme přÍmou metodou. ProtoŽe je poměrně ma1ý, pouŽíváme čtyřbodové zapojenÍ a provádíme korekci na v1iv vnitřního odporu voltmetru (viz ÚIoha 2). Stanovení odporu T e p 1 o t u k a t o d y m ů Ž e m eu r č i t
v1ákna provádÍme s maximáInÍ peč1ivostí a bereme ohIed na tepe1nou setrvač-
-84
nost
v I á k n a m á m eu Ú I o h y k d i s p o z i c i
v1ákna' K vyhodnocení teploty
poměru odporu RT při teplotě T j a k o funkci teploty. Iotě.' tedy RT / Rp
vislosti
k hodnotě
*o
při
graf zápokojové tep-
jeho odpor
Ro při p o k o j o v é t e p l o t ě . T o t o m ě ř e n í m u s í m ep r o v é s t p ř i t a k m a 1 ý c h p r o u d e c h , a b y n e d o c h á z e l o k o h ř e v u v 1 á k n a . P r o t o t o m ě ř e n í n e m ů Ž e m pe o u ž í t s t a b i 1 i z o v a n ý A b y c h o mm o h 1 i u r č i t t e p I o t u v l á k n a ,
zdroj,
který
jste
m u s í m eu r č i t
pouŽÍva1i v předchozÍ části úlohy. Na tomto zdroji
tÍŽně nastavují proudy řádově
to-2 l
0dpor
Ro
se ob-
proto měřÍmev zapojenÍ
oodle obr.2
RA0007B
A
0br n e s m Í m em ě ř í c Í m p r o u d e m z v ý š i t t e p 1 o t u k a t o d y . p ř Í stroje a stanovíme odpor.katody pro něko1ik Proto uŽijeme citlivé měřícÍ Sestrojíme graf, na jehoŽ jednu osu vyh o d n o t m a 1 é h oŽ h a v Í c í h o p r o u d u I z Při
určování odporu
Ro
nášímehodnoty měřícího proudu
a na druhou osu přísIušné hodnoty odporu pro IŽ = 0 0dpor v]ák-
Iz
pak získáme extrapolací
'o Skutečnou hodnotu *o na je poměrně malý a obvykle srovnate].ný s vnitřním odporem běŽných měřÍcÍch přístrojů.
M u s í m ep r o t o b r á t
oh1ed na vIiv
měřícÍho přístroje
na obvod'
0 d p o r v I á k n a u r č Í m ez r o v n i c e ilp
"Ž'.v I-R zv
kde
()/
- Uz
Ru je vntĎní odpor vo1tmetru.
P ř i m ě ř e n í s b ě ž n o ue 1 e k t r o n k o u , k d e j e k a t o d a t v o ř e n a d I o u h ý mw o 1 f r a m o v ý md r á t k e m , j e v ý s 1 e d e k z a t Í ž e n z n a č n o uc h y b o u ' K o n c e v 1 á k n a m a j í z p r a v i d 1 a n i Ž š í t e p 1 o t u n e ž s t ř e d , n e b o Ťk o v o v ý m in o s n í k y j e o d v á d ě n ot e p I o . K r o m ě TÍmto t o h o n e n Í v Ž d y a n o d o v ý p r o u d z a n e d b a t e l n ý v ů č ÍŽ h a v Í c í m up r o u d u Í Ž a n o d o v ý mp r o u d e ms e p ř i ž h a v u j e k a t o d a . A ň o d o v ýp r o u d z á v i s Í n a t e p l o t ě v 1 á k n a e x p o n e n c í á 1 n ě( v i z v z t a h ( 1 ) ) , p r o t o b u d e v p o d s t a t ě u r č e n e m i s Í z n e j t e p I e j š í o b 1 a s t i . Z o d p o r u v 1 á k n a v y h o d n o c u j e m ej e h o p r ů m ě r n o ut e p 1 o t u . D ů s 1 e d k e m
- 85 -
je, Že stanovenáhodnota výstupní práce bude zatÍŽenarelat1vně velkou chybou (ry 50 I ).
Li teratura tr]
I].
BroŽ J. a ko1.:
Záktady fyzikálních měření I,SPN, 4.5.2.L čl. 4.].5. t
Praha 198}
DOUTNAVKY
STUDIUM
PracovnÍ Úko]' l.
Z m ě ř t e v o } t a m p é r o v o uc h a r a k t e r i s t i k u - zapalovací napět' u,"o
doutnavky a z n1 určete
- proVozní napětí U.t - zhášecí napětÍ U.h - vnitřní odpor Ri - maximální a minimální provozní proud
I'.,.
, Imin
(tj' závisIost stabi1izátoru 2 . Z m ě ř t e z d r t ě Ž o v a c Íc h a r a k t e r i s t i k u n a p ě t Í U u t d o u t n a v k y n a p r o u d u t e k o u c í n z a t é Ž o v a c í mo d p o r e m konstantním napětÍ zdroje por stabi1izátoru ).
E ).
a srovnejte
7 t'éto charakteristiky
A E
při
R,
při
určete vnitřnÍ
od-
s hodnotou naměřenou v bodu 1
Změřte změnu provozního napětí doutnavkY zdroje o
provozního
AUst
VyVolanou změnou napětí
konstáhtním odporu zátéŽe. Výs1edek měřenÍ porovnejte
s teoretickýmÍ vztahy. 4. Zapojte doutnavku jako zdroj těchto kmitů
T
reIaxačnÍch kmitů a změřte závislost
n a č a s o v ék o n s t a n t ě
5 . N a m ě ř e n év ý s I e d k y z p r a c u j t e
Rc
periody
.obvodu.
graficky.
Doutnavka
J e t o p l y n e m p l n ě n á e l e k t r o n k a s d v ě m ae l e k t r o d a m i T l a k p l y n u j e n ě k o I i k s e t p a s c a I ů . P ř i l o Ž í m e - 1 i k e 1 e k t r o d á mn a p ě t í v y š š Ín e ž U , " o , n a s a d í v d o u t n a v c e s a m o s t a t n ýv ý b o j a d o u t n a v k o ut e č e p r o u d . Z á v i s l o s t n a p ě t Í n a p r o u d u j e p r o š i r o k o u o b 1 a s t p r o u d ův y z n a č e n an a . o b r . 1 0b1ast V1 představ u j e t m a v ý v ý b o j ' k t e r ý n e n í d o p r o v á z e ns v ě t é 1 k o v á n Í m p1ynu. 0b1ast u2 p ř e d s t a v u j e d o u t n a v ý v ý b o j , k t e r ý j e d o p r o v á z e n s v ě t e 1 n ý mz á ř e n í m p 1 y n u . K o .-l n e č n ěv o b l a s t i Y l d o j d e k o b I o u k o v é mvuý b o j i . 0 o u t n a v k y s e p o u Ž Í v a j vÍ e 1 e k t r o t e c h n i c e j a k o i n d i k á t o r y n a p ě t Í ' v e 1 e k tronice pro stabi1izaci napětÍ řádově 10-1 - to-2 v (stabi1itrony).
-86
V o b v o d e c hs t r a n z l s t o r y j e n a h r a z u j Í Z e n e r o v y d i o d y ( v 1 z ú 1 o h a1 1 ) . Na obr.2 7e schematickYzakresl e n v e z v ě t š e n é mm ě ř Í t k u z a č á t e k c h a rakteristiky. Pro stabiItzační Úče1y s e p o u ž í v áč á s t i c h a r a k t e r i s t i k y l e Ž t cÍ mezi proudy Imln . I',, , kde Je charakteristika praktlcky lÍneární. V l a s t n o s t i d o u t n a v k yc h a r a k t e r i z u j e d y n a m i c k ýv n i t ř n í o d p o r . V p r a c o v n í části charakteristiky je roven
0br
uzsi Ust
.0br
Obr. 2 Ri
:
A U,,
(1)
I*a,. - Itin odporu doutnavky je - 102 .ít zařÍzeních je doutnavka zapojena paraIe1ně ke spotřebiČi
Typická hodnota vnitřnÍho
Ve stabiIizačnÍch (obr.l) R z Doutnavku je nUtno zapojit
přes odpor
pomocÍ něhoŽ se nastaví správný E > u,"p musí být napětí zdroje
R,
pracovnÍ reŽim. Aby doutnavka zapáIi1a, v oboru nevýhodJestliŽe by nebyl zapojen odpor R , pracovala by doutnavka (např. v bodě C na obr.2), nebo by přešIa do reŽimu n é mp r o s t a b i I i z a c i R volÍme tak' obloukového výboje a došIo k jejÍmu zničenÍ. Hodnotu odporu VeIi. tekl doutnavkou proud jen o málo menšÍ neŽ I'", R.+ o3 aby při kost odporu R odhadnene z podmÍnky
ust
(2)
max
ProtoŽe proud
Ist odebíranýze zdroje je roven součtu proudu doutnavkou
- 87 -
(I
a zát.ěŽí Í,
* I,),
= I"t
ust
platí
R ( I",
pro obvod na obr.J
+ I,
rovnice (l)
)
I
dE . bude tato
ZměnÍ-Ii se napětí zdroje R
na doutnavce a odPoru
d u st
dE
změna rovna součtu změn napětÍ
(4)
R dlst
R dlz
Protože platí
d u st
dT..
vyjadřuje
relaci
R
;
d u ,t
dlst
z
a zátéŽi ( d o u t n a v c e ) v z t a h
m e zI z m ě na mi n a p ě tÍ n a z d r o j i
d u ,t
dE
(
\
R
R
R
R.
z
(5)
Ri
t
l.
(6)
I
Ri <<
n a p ě t í n a z á t é Ž í, m u s Í b ý t s p l n ě n o doutnavka stabiIizovat j e p a k moŽno zjednodušit a psát PředchozÍ vztah
Má-li
lR\
:
durt
R,
(7)
dE(*;7
Kdyby v obvodu nebyla zapojena doutnavka, způsobila by změna napětí zdroje dE
změnu napětí na odporu
dU,
:
dE
R. R
z
(8)
R * R,
Z a p o j e n Í m d o u t n a v k y s e k o l í s á n Í n a p ě t Í n a z á t ě Ž i z m e n š Ív p o m ě r u
dust
R + R,
Ri
dU z
R . Ri
R
ía)
z
stabi1izačního obvodu bývajÍ odpory R vě stejné hodnoty. Ze vztahu (9) je pak zřejmé, Že stabi1izační
Při
oraktické rea1izaci
navky určuje především poměr Ri / Rz Vztahem (e) v úIoze l1 jsme definova1i diody.
stabiIizačnÍ
a
R,
řádo-
účinek dout-
činite1
Zenerovy
0bdobně Ize psát dE
ust
du"t
E
ust
R, + R
Ri
-88-
(10) )
Mění-li se odpor zátěže, měníse pochopltelně l proud tÍ zdroje konstentní (dE = 0) , plyne z rovnlce (4) dI,
Í,
Zťlstává- l l napě-
--s t .tll
= - dlst
(11)
R
P o u Ž i j e m e - I i d r u h éz r o v n l c ( 5 ) ' p I a t Í dI,
Pokud je
R ))
Ri
dI,
- dust
It
IT-T/
r\
(12)
r zjednoduší se předchozÍ vztah na tvar - .ř_I "i
(11)
dU.+
T o h o t o v z t a h u m ů Ž e m ep o u Ž Í t k u r č e n Í v n i t ř n Í h o o d p o r u d o u t n a v k y , o b d o b n ě j a ko (l) Z rovnice (ll) je zřejmé, Že při R >> Ri způsobÍ změna proudu zát ě ž Í p ř i b l i Ž n ě s t e j n ě v e l k o u z m ě n u p r o u d u d o u t n a v k o u , o v š e m o p a č n é h oz n a m e n í
!ételÍ vIastnostÍ doutnavkv PouŽijeme zapojenÍ na obr.ó L,2
Na svorky je připojen regu-
Iovatelný
zdroj stejnosměrného napět í 0+200V ristiku při
Charaktevýbojky změřÍme
r o z e p n u t é mk l í č i
K
Nastavíme velkou hodnotuodporu
R
azvyšu-
jeme napětÍ zdroje aŽ
0br. 4
doutnavka zapálí. To se projevÍ vzrůstem proudu v obvodu a poklesem napětí na doutnevce. Postupným s n i ž o v á n Í m o d p o r u R a p ř Í p a d n ě i z v y š o v á n Í mn a p ě t Í z d r o j e z v y š u j e m e p r o u d doutnavkou aŽ po maximální přÍpustný proud
]0 mA O d e Č í t á m en a n ř Í s t r o j í c h h o d n o t y p r o u d u a n a p ě t í . N a p ě t Í m u s í m eo v š e m n ě ř i t p ř í s t r o j e m s v e l k ý m v n i t ř n Í m o d p o r e m , e 1 e k t r o n k o v ý r nv o l t m e t r e m , p ř í p a d n ě i p ř Í s t r o j e m Avomet II, jehoŽ vnitřnÍ odpor je k 50 Q /v
StabilizačnÍ v1astnosti doutnavkylze prověř1t měřenÍm a) závis1osti napětÍ na eIektrodách stabil1zátoru Ust na I, při k o n s t a n t n í mn a p ě t Í z d r o j e E b ) z á v i s l o s t n a p ě t Í U s t n a n a p ě t í z d r o j e E p ř i k o n s t a n t n Í mp r o u d u zátéŽí I,
-89-
. . l v š e mp ř i z a p n u t é m k 1 í Č i 0bě tato měřenÍ provádÍme v zapojenÍ podIe obr.4 Maximální dovolený proud doutK 6dpor R nastavíme na hodnotu 7 kíl ] 0 m A , z a t ě Ž o v a c í m o d p o r e m ( d e k á d o u ) m ů Ž et é c i p r o u d m a x i m á 1 n ě navkou je MěřenÍ podle pracovního Úkolu ) provádějte při nastavenÍ takového Výs1edky měření porovnáme se vztahy 15 mA odporu, ábY proud zát'ěŽÍ byl (7) a (ll) 25 mA
ReIaxační kmitv v obvodu s doutnavkou Doutnavky se dá ve velmi jedn o d u c h é mz a p o j e n í p o u Ž í t k e g e n e . rovánÍ relaxačnÍch kmitů. Príncip i á l n í s c h é m at o h o t o z a p o j e n Í j e na obr.5
ParaIelně k doutnavce
a kondenzátor C oba tyto prvky jsou připojeny je připojen
Obr. 5 Po zaonutÍ k] ÍČe K zap n a pět Í podle vztahu vzrůstat E> U
E ' přes odpor R ke zdroji (v okamŽÍku T = 0) počne na kondenzátoru
(14) ( v čase ťo) , zapál í v doutnavce výboj ' Jakmile dosáhne hodnoty U,"p Kondenzádoutnavkou ooČnetéci proud a kondenzátor se bude rychle'vybíjet. tor se bude vybÍjet tak dlouho, aŽ napětÍ na něm poklesne na hodnotu Uzh doutnavky (bod A na obr.2 ). odpovídajÍcí nejniŽšÍmu bodu charakteristiky V tomto okamŽiku výboj v doutnavce zhasne a kondenzátor se počne opět nabÍjet ; tentokrát však bude na něm napětí U vzrťrstat pod1e Vzorce
u-urn Po dosaŽenÍ hodnoty
(E zap
- uzr,) ('
"
nr;
(15)
se bude ceIý děj opakovat. Napětí na kondenzátoru C bude mít průběh podle
ul
Vhodnou volbou
obr.6 E
a
R
můŽemedosáhnout
toho, Že doba vybíjenÍ bude zanedbate1ná proti době
E
nabíjenÍ. Za tohoto předp o k l a d u m ů Ž e m ep r o p e r i o d u
Uzap Uzh
kmitů psát
T+ rr Obr. 6
-90-
T
a podle vzorce (15) dostaneme
R0ln
E-u.n
( 16)
E _ uzap
K o v ě ř e n Í f u n k c e z a p o j e n Í a v z o r c e ( t e ) m r t z e mpe o u Ž í t z a p o j e n Í p o d l e o b r . 7
osclloskq
0br Ooba kmitu je závis}á
předevšÍmna hodnotě souČinu
RC
Abychomvybudili
odpor R a kapacitu E, P r o d o u t n a v k u p o u Ž Í v a n o u v p r a k t i k u j s o u d o p o r u č e n éh o d n o t y - 0,5pF a C.0,05 Rru0,1 - l MSf laxačnÍ kmity'
nelze volit
napětí
C
re-
Iibovo1ně
E a',160 V '
k e1ektrodám doutnavky (přes vazební kondenzátor Cu , který o d d ě 1 í s t e j n o s m ě r n o u s 1 o ž k u n a p ě t í ) o s c i 1 o s k o p , m ů Ž e m en a j e h o o b r a z o v c e p o zorovat průběh re1axačních kmitů. PřipojÍme-Ii
Při
tomto měření pouŽijeme vnitřnÍ
č a s o v é z á k 1 a d n y . P e r i o d u k m i t ů m ů Ž e m em ě -
časovézákladny připojíme na horizcntá1ně vychyIující destíčky sÍnusové napětí z RC generátoru' V tomto uspořádání můŽeme pomocí obrazců na obrazovce srovnávat kmitočet re1axačních kmitů s kmitoČtem řit
Že mÍsto vnitřní
tak'
D o b u t r v á n í k m i t ť r m ů Ž e m eo v š e m m ě ř i t t é Ž p ř í m o o s c i loskopern, který má cejchovanou rychlost časovézákIadny (např. o5ci1oskop BM 510). Nejpřesnějších výs1edků však dosáhneme' změřÍme-1i frekvenci kmitů
napětÍ
RC
generátoru.
č í t a č e m( n a p ř .
BM 520). Čitae zapojíme buě paralelně ke svorkám vertiká1nÍho y ha obr.7 ), nebo osciIoskop i s generátozesi1ovače osci1oskopu (svorky rem odpojÍme a místo nich zapojíme čítač' Doutnavek se jÍŽ jako generátorťr pi1ového napětí nepouŽÍvá. Existuje
dosáhnout da1eko 1ineárnějšÍho průběhu napětÍ. V této části Úlohy se máte především seznámit s obsluhou osciloskopu a poznat u ú1ohy pouŽívanézpůsoby měření doby kmitu periodicky se opakujÍcÍho průběhu. řada obvodů, kterýmí lze
Na závěr jedno upozorněnÍ. Doutnavku, kterou pouŽíváte k měřenÍ charaknelze pouŽít k vytvoření reIaxačnÍch kmitů. Při měření charakteristeristiky, tÍky se v ob1asti
vyšších proudů ohřÍvajÍ e1ektrody doutnavky. Z e1ektrod se
uvo1ňujt' zbytkové ptyny, Znenyí se rozdÍ1 nezi
dochází k znečištění atmosféry uvnitř
doutnavky.
zá1alným a zhášecím napětÍm a obtÍŽně se nastavÍ kmity
v obvodu.
- 91 -
L i !e!-q.!-u!-?. ZákIady fyziká1nÍch měřenÍI, SPN, Praha 198] čl. 4.l.].2 , 4,5,2,4 , 4,5,2,5
B r o ža k o l
I l]
l4.
xMITY
RELAXAČNÍ
PracovnÍ Úkol l.
diaku a t ní ttrčete I
Proměřte voltampérovou charakteristiku - spÍnací napětÍ při obou poIaritách - pokles napětÍ na diaku při (při
Uaot ' UB02 překročenÍ spínacÍho napětí
A U
obou polaritách)
- USOZ - tzv . symetri i charakteristiky diaku I I UrO, h o d n o tami. p o r o v n e j t e k a t a l o g o v ý m i s Všechnv určenéhodnoty relaxaČnÍch kmitů a změřte závisIost periody těchr = RC obvodu při konstantním napětí t o k m i t ů I n a č a s o v éz á k l a d n ě z d r o j e . K m i t o č e t r e l a x a Č n í c h k m i t ů m ě ř t e b ě Ž n ě č Í t a č e m ,p ř i n ě k o 1 i k a ř á dově různých hodnotách RC však též přÍmo osciIoskopem a porovnánÍm s
2. Zapo.tte diak jako zdroj
kmitočtem generátoru (pomocÍLÍssajousových obrazců). V referátu porovnejte přesnost pouŽitých metod měření kmitočtu. 3. Změřte závis1ost
frekvence kmitů
f
na napětÍ zdroje
Uo . Pomocí osci-
Ioskopu určete z amplitud relaxačních kmitů hodnoty zhášecÍho napět' a n a m ě ř e n éh o d n o t y o v ě ř t e
u.n
výpoČtem.
N a m ě ř e n év ý s l e d k y z p r a c u j t e
grafÍcky
0iak Diak je spínací třÍvrstvý symetrický po1ovodičový systém s dvěma eIekje zakresIeno schema jeho struktury. Jedná se v podstatě trodami . Na obr. l o zapojení tranzistoru se společnýmemitorem s nu1ovýmproudem bazÍ' který p r a c u j e v e s p Í n a c Í mp r o v o z u n a r o z h r a n Í a k t i v n í Část charakteristik'y mezi body 0 , A (obr.2), je proto shodná s výstupnÍ charakteristikou
ob1asti při
průrazu
o p a č n ép o I a r i t ě
tranzistoru
le napětÍ na diaku překročÍ hodnotu spínacího napětí
a oblasti pro
Ugo,
IB = 0
0 , A,, Jakmi-
dochází k 1avino-
v é m up r ů r a z u p ř e c h o d u z a p o j e n é h o v z á v ě r n é m s m ě r u a n a p ě t Í n a d i a k u p o k I e s n e je.závisIá na o A U ' t j ' z m e n š Ís e j e h o s t e j n o s m ě r n ý o d p o r . H o d n o t a A U velikostÍ
proudu diakem, s rostoucÍm proudem se
AU
zvětšuje.
Pro diak
0 Uno , což znamená' že Uzh. p ř í p u s t n ý v ý k o n P r o u d l A v š a k n e m ů Ž et é c Í d i a k e m t r v a l e ' n e b o t m a x i m á I n Í . diaku je téměř p ř e m ě n ě n ý v t e p l o n a d i a k u m ů Ž eb ý t ]00 ml'l Charakteristika KR l05
je při
proudu
lA
Au
temer rovné
-92-
I' Obr. I
Obr. ?
symetrická,
odchy1ky od symetrie jsou způsobeny technologiÍ výroby. Symetrií ll - USOZ charakteristiky diaku je nazývána hodnota 0iaky typu KR I USOt I vyráběné u nás majÍ spÍnacÍ napět Í Uoo v intervalu ?0 až 40v 0 i a k u s e n e j č a s t ě j i p o u Ž í v á v k o m b i n a c i s d a l š í m s p í n a c Í mp r v k e m , t r i a kem. Pomocí diaku 5e zpraVid}a sp íná triak.
M ě ř e n í v o l t a m p é r o v éc h a r a k t e r i s t i k v
diaku
P o u Ži j e m e z a p o j e n Í n a o b r ' ]
Na svorky te1ný zdroj 0
aŽ
60 v
Je připojen regulovastejnosměrného napětí
l,
2
Odpor
R
musÍ být nasta-
Ven na hodnotu nejméně ] k ll Zvyšujeme napětÍ na diaku aŽ do okamžiku,
1
kdy dojde k průrazu, coŽ se projeví vzrůstem proudu v obvodu a pokIesem napětÍ na diaku. Charakteristiku proměříme
0-60v 2
postupnými změnami odporu i Obr. , kročili
ztrátový
výkon
z v y š o v á n Í mn a p ě t í z d r o j e
R
a případně Uo
Na pří-
strojích
o d e č í t á t n eh o d n o t y p r o u d u a n a přičemŽ dbáme na to, abychom nepře-
pětÍ' p = ] 0 0 m } t . Z á r o v e ň n e s m í n i ep ř e k r o Č i t
proud odporo-
vou dekádou nad hodnotu stanovenou výrobcem.
R e 1 a x a Č n ík m i t v v o b v o d u s d i a k e m VoItampérovácharakteristika diaku je částečně podobná charakteristice doutnavky (viz obr'2 ú t o h y l ] ) . D i a k u p r o t o n ů Ž e m ep o u Ž í t m i m o j i n é t é Ž k e g e n e r o v á n í r e l a x a č n í c h k m i t ů . S c h é m at a k o v é h o z a p o j e n í j e z a k r e s 1 e n o n a obr.4
Paralelně
k diaku je připojen
kondenzátor C a oba tyto prvky jsou přes odpor R připojeny ke zdroji Uo , Uo) Ugo Po zapnutÍ klÍče K ( v o k a m ž Í k u t = 0 ) z a . č n en a k o n d e n z á t o r u v z r ů s t a t n a p ě t Í p o d l e v z t a h u
-9r-
(l)
JakmiIe dosáhne hodnoty U = UB. (v čase tt ), dojde k sepnutÍ diaku,
+
proud a kondenzátor se vybi.je
3
Uo
až na hodnotu zhášecího napětí
.0
.br'
diakem poteče
U-,- , při které přestane diakem zÍl téci proud. Diak přejde do nesepnutého stavu a jeho odpor 5e o několik
4
řádů zvýšÍ. Kon-
denzátor se znoVu nabíjí a ceI ý d ě j s e o p a k u j e . V i d e á l n í m p ř Í p a d ě ( p o k u c Jb y o d p o r s e p n u t é h o d i a k u b y 1 n u lový) by průběh pozoroVaný na osci1ografu přípojeném ke svorkám ), 4 odpovÍdaI průběhu na obr.
5a
Ve,skutečnosti však poklesne při
na diaku pouze na hodnotu
U.n )
0
vybíjení.napětí
Skutečný průběh pak odpovídá obr.
5b
Uztr
0br NapětÍ
U.h
závisÍ
0br
5a na veIikosti
proudu, který
5b
teče diakem V sepnutémstavu
Tento proud je
však časově závislý, takŽe i při znáné charakteřistice diaku nenÍ jednoduché předem stanovit U,h Tato veIičina se však bude zmenšovat k nule s rostoucí kapacitou konden.zátoru. Kondenzátor se nabÍjí na napětÍ Uao
a s růstem kapacity
proud, který
Činnost diaku při
ti
se zvětšuje náboj
C.Ugo , á tím i
tvorbě reIaxačních kmitů se příliš
doutnavky' V dalším textu proto
U předchozí
Q:
celkový
projde dÍakem. ne1iší od činnos-
jen stručně zopakujeme vztahy,
uváděné již
Ú1ohy 1}
Časový průběh nabíjecího napětí na kondenzátoru je dán vztahem
u-urn
-'.t(' "-*) , =(u" - 94 -
r")
který
platÍ
NapětÍ
U
tehdy, pok1ádáme-li odpor nesepnutého diaku za nekonečněve1ký. se nezvyšuje aŽ ne hodnotu Uo , ale jen do hodnoty Uao ' Při
k t e r é d i a k s e p n e . Z t o h o m ů ž e m ev y p o č í t a t z á v i s 1 o s t ť = RC a na napětí zdroje hodnotě relaxačnÍ doby
nabíjecí Uo
na
tt
doby
UvaŽujme jediný
napětí na diaku se pak zvykdy U = U.h, kmit' který začne v čase t PřÍs1ušný čas bude tl, šuje podle vztahu (z) aŽ do doby, ve které U = UB. = 0,
takŽe (l)
v y p o Čí t á m e
Z této rovnice
t,
l,
=
R C
tl In
il
"o
-
t*l z h
lt
-
il
"o
(4)
"80
byl nu1ový, byla by nulová i doba Tento předpoklad není T by bylo rovno době kmitu . t1 vybÍjení tz můŽeme a dobu tt obecně splněn, ovšempři většině měření bude tz11 tt bude výrazněji 1išit tt V danóm případě se pokládat za periodu kmtů T P o k u d b y o d p o r r l i a k u v s e p n u t é ms t a v u
..
m ů Ž e m eo d h a d n o u t z p r ů ^ t2 Poměr dob tt tt ( l0.4 s T , bude-li běhu kmitů pozorovaných na obrazovce osciIoskopu. p1atí přib}.iŽné výraz formá]ně shodný s výrazem Pro vybíjecÍ dobu tz od
(4),
ve kterém by místo hodnoty odporu R je však závislý sepnutémstavu. 0dpor f,
vystupova1 odpo.
..
diaku
V
na proudu tekoucÍm diakem, tedy
Změříme-1i však hodnotu tz ' jak na čase, tak i na hodnotě kapacity C coŽ 1ze pomocí osci1oskopu při vysokémkmitočtu reIaxačních kmitů, je moŽno z upraVeného vztahu (4) určit příb1ÍŽnou efektivní
hcdnotu odporu
f,
Pokvnv k měřenÍ 0oba kmitu je závis1á R e 1 a x a Č n kÍm i t y s e v y b u d Í v o b v o d u n a o b r ' 4 nastavit E ru 40 V , 0oporučujeme p ř e d e v š í mn a h o d n o t ě s o u č i n u R c 3iak pĎipojujemek vertiká}nÍmu vstupu n - 104Sl , C - 10 nF aŽ 1 pF osciloskopu (svorky }, 4) přes vazební kondenzátor Cu , kterým cdděIíme s t e j n o s m ě r n o us 1 o Ž k u n a p ě t í ' P o k u d j e o s c i I o s k o p p ř e p n u t n a s n í m á n í s t ř Í d a v é h o n a p ě t Í , n e n í t e n t o v a z e b n í k o r r d e n z á t o rn u t n ý . Č a s o v ýp r ů b ě h k m i t ů p o z o r u j e m e p ř i v y u Ž i t í v n i t ř n í č a s o v éz á k 1 a d n y o s c i 1 o s k o p u . V 1 e v é k r a j n í p o 1 o z e o z n a č e n é( T . B . c a 1 ) p o t e n c i o m e t r u p 1 y n u 1 é h on a s t a v e n í h o r Í z o n t á 1 n Í h oz e s i 1 o v a č e j e r y c h I o s t č a s o v éz á k l a d n y c e j c h o v á n a . P a k L z e p ř Í m o n a o b r a z o v c e o d e č í . t a t p ř i b l i ž n o u h o d n o t u d o b y k m i t u p o z o r o V a n é h op r ů b ě h u . P e r i o d u k m i t ů m ů ž e mzem ě ř i t t a k é t a k , Ž e m Í s t o v n i t ř n í č a s o v éz á k 1 a d n y připojíme na horizontá1ně vychy1ujÍcí destičky (x-ový vstup) sinusové napětÍ z g e n e r á t o r u , j e h o ž k m i t o č e t j e z n á m ' Z í s k á m et a k o b r a z e c , k t e r ý o d p o v í d á k o 1 m é msu1 o ž e n Ís í ' n u s o v ý c ha r e I a x a č n Í c hk m i t ů a j e o b d o b o u L i s s a j o u s o v ý c h
-95-
o b r a z c ů . Z a s t a v Í - I i s e p o h y b o b i a z c e , o d p o v í d á p o m ě r m a x i m á 1 n í c hv ý c h y l e k v h o r i z o n t á 1 n í ma v e r t i k á I n í m s m ě r u p o d Í I u k m i t o č t ůo b o u g e n e r á t o r ů . . N e j p ř e s n ě j š í c h v ý s l e d k ů v š a k d o s á h n e m e 'z m ě ř í m e - 1 i f r e k v e n c i k m i t ů Č í t a č e mk, t e r ý 1 z e z a p o j i t k e s v o r k á m v e r t i k á 1 n Í h o z e s i 1 o v a č e o s c i I o s k o p u (svorky y osciloskoPu). P ř i p r o m ě ř o v á n Íz á v i s 1 o s t i f r e k v e n c e r e 1 a x a č n í c hk m i t ů n a n a p ě t í z d t o . j e U o ' m ě n í m et o t o n a p ě t Í v r o z s a h u ] 0 a Ž 6 0 V , o d p o r R a k a p a c i t u - 1000 Hz C n a s t a v Í m et a k ' a b Y s e f r e k v e n c e m ě n i 1 a m i n i m á 1 n ' ěv r o z s a h u 2 0 0 P r o m ě ř e n í f r e k v e n c e o p ě t p o u Ž Í v á m eč Í t a č e ,n a o s c i 1 o s k o p u o d e č í t á m ev ý š k u Při znalosti Uao , které odečtek m i t ů , k t e r á o d p o v Í d ár o z d í l u U B o - U z n D o s a z e n í mh o d n o t m e z n a m ě ř e n és t a t i c k é c h a r a k t e r i s t i k y , I z e u r č i t U , h R , C d o v z t a h u ( 4 ) o v ě ř u j e m ep l a t n o s t t o h o t o v z t a h u i Uo,UB',Uzh, přesnost měřenÍ.
L i teratura
tll
H. Frank, V
Š n ej d a r
Principy tek,
15.
S TUDI UM
a vlastnosti
polovodičových součás-
SNTL, Praha 1976
TRIODOU
ZEsIL0VAČE
PracovnÍ ÚkoI l.
tC(C) 8] pro un = 0, -1, -2, -l V triody Změřte anodovécharakteristiky nesmÍ P" = U. I. Anodová ztráta 10 V A n o d o v én a p ě t í U " m ě ň t e p o c c a překročit
l l{
2. Změřte závislost frekvenci Pro Uvst = 0,J V ,
na triodového zesilovače zesí1ení A = Uvýst / Uu.t R" = 5.10.ÍL . ' Ug = -l V , U. = 210 V , R. ="10,fl' ]0 Hz I0' Hz frekvenční rozsah
= uY.ý., / Uu.t Změřte závis1ost zesílen' .o - 10. Q ; ^" = Ua = 2l0 V při ?.10, = 0,] V f = I0. Hz,Uvst Ug = -1 V při
odporu pro na anodovém
V ý s 1 e d k ym ě ř e n Í z p r a c u j t e g r a f i c k y .
Trioda Je nejjednoduššÍ zesi1ovacÍ eIektronkou s třemi
e1ektrodami, anodou,
m ř í Ž k o u a k a t o d o u . V e 1 i k o s t a n o d o v é h op r o u d u 1 z e ř í d i t n e j e n a n o d o v ý m n a p ě napětím mříŽky vůči katodě, které je obvyk1e záporné. tím, ale předevšÍm V1astností trÍody se charaktďrizujÍ
-96-
vnitřním odporem, strmostÍ a zesi.
I o v a c Í mč i n i t e l e m . Vn1třnÍ odpor je deflnován vztahem
Ri=(#)' =
un
(1)
k o n s t'
Jeho velikost se vyjadřuje obvykle v k.Q' a udává pak, o kolik volt0 3e mu. s Í z m ě n i t a n o d o v én a p ě t í U . , e b Y s e p ř i k o n s t a n t n Í mn a p ě t í n a m ř í Ž c e z m ě . n i l a n o d o v ýp r o u d o l m A Strmost S je zavedenavztahem | $=l'1.(2)
ďI"
=
konst
\
\ ďu. /
u"
U d á v á s e v m A / V a u r č u j e , o k o l i k s e z m ě n Ía n o d o v ý p r o u d p ř i z m ě n ě n a p ě t í m ř Í ž k yo l V Z e s i 1 o v a c Í č i n i t e l p u r č u j e , o j a k o u h o d n o t u m u s í m ez m ě n i t a n o d o v é napětí, chceme-li aby po změněnapětí mřÍŽkyo l V zůstal anodovýproud k o n s t a n t nÍ.
p = _/ Á U . \ \^r" I
.)
\g
["
=
konst'
Převrácená hodnota zesiIovacÍho činítele se nazývá průnik p-t G h a r a k t e r i s t i c k é h o d n o t y e l e k t r o n k y s p l ň u j Í B a r k h a u s e n ův z t a h Ri S D
=
J.
=
!
(4)
,
jehoŽ pIatnost vyp1ývá z definÍce veličin. Z á v i s l o s t a n o d o v é h op r o u d u n a m ř Í ž k o v é m n a p ě t í j e m o Ž n oo b d o b n ě a anodovém j a k o u d í o d y p ř i b 1 i Ž n ě v y j á d ř i t t ř Í p o 1 o v Í n o v ý mz á k o n e m
I.
=
|
/ [Uo
\-
u^ \3/2
p
I
'
je konstanta určená konfiguracÍ e1ektrod. v němŽ ! R o v n 1 c e ( s ) u o a v a p ř i b 1 1 Ž n ě p r ů b ě h a n o d o v éc h a r a k t e r i s t i k y ,
tj.
závis1osti a n o d o v é h op r o u d u n a a n o d o v é mn a p ě t í , p o l o ž Í m e . I i v n Í U n = k o n s t . Z á v i s l o s t a n o d o v é h op r o u d u n a m ř Í Ž k o v é m n a p ě t í p ř i k o n s t a n t n Í ma n o d o v é mn a p ě t í u d á v á převodňÍ charakteristÍka.
-97-
JednostupňovÝ odporovÝ zesilovač stupně s triodou je znázorněnona . ZapojenÍ odporového zesi1ovacÍho obr. I
Us
-Ug 0br VstupnÍ čIánek
Cst
, Rgl
propouštÍ na mříŽku jen střídavou s1oŽku napěti
Př edpětÍ mříit.y 1e-nastaveno pevně přes odpo" nebudem e uvaŽovat vl iv vazebních kondenzátorů Cgr Ut
Rg1 "
Cu
Pro zjednodušenÍ a v y p o č Í t á m ez e s í -
lenÍ el ektronky. Tuto z měnu můŽeme Z m ě nÍ m e- 1 i v s t u p n Í n a p ě t í , z m ě n Í s e a n o d o v ý p r o u d I " j najÍt akoúplnýdiferenciálfunkceI"=f(Un,Ua),kteráudávázávis1ost a n o d o v éh o p r o u d u n a n a p ě t í e l e k t r o d . d I"
=
( El^ \ {- a I 1 C U o I u " =k o n s t .
PIatí (
ďI"
\ du" 0u,.,* (-t e \ O u . , / U n =k o n s t .
(6)
derivace na pravé straně této rovnice je rovna strmosti (2) ), druhá převrácené hgdnotě vnitřního odporu (viz rovniV y j á d ř Í m e - l i s t r m o s t p o d 1 e B a r k h a u s e n o v a v z t a h u , m ů Ž e m er o v n i c i ( 6 )
PrvnÍ parciáIní elektronky (viz ce (1)).
přepsat na tvar d I"
Ri
(pdun
+
dU")
(7)
Protože plat í dU
(8)
- Ra d Ia
A , definované jako poměr změny napětí na anodě ke změně napětÍ na mříŽce vztah dostaneme pro napětové zesíIenÍ elektronky
-98-
R
.{il
""a
ť
dU^ 5
Z n a m é n k om í n U 5 z d e v y j a d ř u j e ,
R
al
a
(e)
+ R.
Ž e z n ě n a n a p ě t í n a a n o d ě j e o p a č n ép o 1 a r i t y
n e Ž z m ě n a n a p ě t Í n a m ř Í Ž c e , p ř i h a r m o n i c k é mp r ů b ě h u j e n a p ě t í n a a n o d ě f ' á z o . vě posunuto o úhel ,ii proti napětí na mříŽce. V z t a h ( 9 ) u r č u j e v e 1 i k o s t z e s Í l e n í s a m o t n ée l e k t r o n k y s a n o d o v ý mo d p o r e m R a . N e n í u v a Ž c r v á nv l i v
vstupnÍhá a výstupního obvodU a parazitnÍch kapacit
mezi
ZesÍIení celého zesilovacího stupně je proto vŽdy pon ě k u d m e n š Ín e Ž b y o d p o v í d a l o v z t a h u ( 9 ) . K h o d n o t ě d a n é v ý r a z e m ( 9 ) s e b 1 í Ží zesÍ1enÍ celého stupně pouze v obIasti střednÍch frekvencí, pokud svodový e]'ektrodami elektronky.
odpor mřÍŽky
j e m n o h e mv ě t š Í n e Ž a n o d o v ý o d p o r
Rgt
R.
V obIasti
nízkých
frekvencÍ klesá zesÍ}enÍ v důsIedku zvyšování impedance vazebního kondenzáto. _l' * rc , jestliŽe C u ( ( c . ,C' u ) Při vysokých frekvencÍch omezuje t r l0)
rU
zesílenÍ kapacita
mezi anodou a katodou elektronky
a vstupní kapacita
nízko-
frekvenčnÍho vo1tmetru, kterým měříme zesí}enÍ napětí.
Měření charakteristik P r o v á c j í m ej e j
triodv v zapojení podle obr.2
Anodový obvod napájíme ze sta-
0br bilizovaného
zdroje,
napětí regu1ujeme potenciometrem
vý proud a napětÍ na mi1iampérmetrua voltmetru
r
a o d e č Í t á m ea n o d o -
z a p o j e n é m v a n o d o v é mo b v o d u .
MřÍŽkovénapětí odebÍráme z rozvodu v praktiku ze svorek MřÍŽ6 V kový proud neměříme. MříŽka má záporné napětÍ a teče jí nepatrný proud.
M ě ř e n í z e s í ] ' e nÍ z e s i 1 o v a č e 0bvod je zakreslen
na obr.J
Většími tečkami jsou zakres1eny uzlové
body, které jsou vyvedeny na krabičce se sokIem elektronky. vodu dostanere toto zapojenÍ do svorek
U vst
a
Z předchozÍho ob-
e , nahradíme-1i ampérmetrodporovou dekádou R. Uvyst připojíme Rc generátor a nÍzkofrekvenčnÍ vo1t-
-99-
odporcvó d*ódo
ECC)83
0br Nastavíme předepsafrá napěmetr. lle3dřÍVe měříme frekvenční charakteristiku. t Í n a e } e k t r o d á c h , h o d n c r t u a n o d o v é h o o d p o r u a r , r r o v e ňv s t u p n í h o n a p ě t í . N a Ílt generátoru nastavÍme nejniŽší frekvenci ) 0 H z a o d e č t e m ev ý s t u p n í n a p ě dvojnásobnou hodnotu. Kontro1ujeme, zachována úroveň vstupního napětÍ.
tÍ. Frekvenci zvyšujeme vŽdy na přib1iŽně
z e . j m é n ap o p ř e p n u t Í r o z s a h u , z ů s t á v á - 1 i v ý r a z n é mp o k l e s u z e s í I e n í p o z v ý š e n í f r e k v e n c e '
t . l ě ř e n Í u k o n Č í m ep ř i Závis1ost
z e s Í l e n í n a a n o d o v é mo d p o r u m ě ř Í m e p ř i
l l a a n o d o v é mo d p o r U n a s t a v í m e n e j v ě t š Í h o d n o t u o d p o r u p o r p o 5 t u p n ě z m e n š U j e m ep o 5 k o c Í c h c c a Při
frekvenci l.105.Q
1o] Hz a tento od-
l04Q
grafickém zpracování vynášímeu frekvenčnÍ charakteristiky
1ost zesí]enÍ na IoQarÍtmu frekvence '
Llteratura
t rl
BroŽ J.
a kol ' :
ZákIady fvziká1nÍch měření I ' sPN, Praha 198] č1. 4.5.I.3 , 4.5'5.1 , 4.5'5,2 , 4.5.5.3
100
závis-
16.
CHAR AK TE R I S T I KY
TRANZISTORU
Pracovní tikoI l.
Zněřte sítě
výstupnÍch cirarakterÍstik
typu
h
bipo}árního tranzistoru
v z a p o j e n Í s e s p o 1 e č n ý me m Í t o r e m a s p o l e Č n o u b á z Í . Změřte vstupní charakteristiktr typu h bipo1árnÍho tranzistoru = 5 V nÍ se společnýmemitorem (SE) při výstupním napětí Uk"
t. Změřte sÍt výstupnÍch charakteristik
unipo1árnÍho tranzistoru.
Pro zvo1ený pracovní bod leŽícÍ v 1ineární části charakteristiky hodnoty h parametrů 'hllu , h21 , h2? bÍpo1árního tranzistoru.
q .
Princip
činnosti
bipolárnÍho
v zapoje-
určete
tranzÍstoru
T r a n z j . s t o r y j s o u p o I o v o d i Č o v ép r v k y s e t ř e m i ' e l e k t r o d a m i ' V e I e k t r i c kých obvodech nahradi}y vakuové mřížkovée1ektronky. Jsou výhodnější, nebo{' n e p o t ř e b u j Í Ž h a v e n í , p r a c u j í p ř i m e n š í r nn a p ě t í n a e 1 e k t r o d á c h , m a j í d e I š í Ž i v o t n o s t a j s o u r o z m ě r o v ě m n o h e mm e n š Í . jsou vyV p o 1 o v o d i Č o v é mk r y s t a } U g e r m a n i c v é m n e b o č a s t ě j i k ř e m Í k o v é m Vrstvy navazují na sebe tak, tvořeny tři vrstvy s vodivostí typu P a N Jsou tedy moŽné aby spo1u sousedily vŽdy ob}astÍ s různýmtypem vodivosti. (tranP-N-P dvě a1ternativy v uspořádání vrstev : buě nás1edují v pořadí typu NPN). N-P-N (tranzistory zistory typu Pl'lP), nebo v pořadí
každá Jednot1ivé vlstvy krystalu se nazývají emitor, báze a ko1ektor, vys e v o d i v o s t i t y p e m j e o p a t ř e n a o h m i c k ý m Ík o n t a k t y . N a r o z h r a n í s r ů z n ý m jsou tyto přechody dva. tvoří přechod PN, takže v bipoIárním tranzistoru je konstruová0b1ast nrezÍpřechody sé nazývá bází. Jedna z vnějšÍch ob1astí
injekce nosite1ů do báze. Tato abY byIa moŽná co nejefektivnější co ob1ast se nazýuá emitorem. Zbývající' ko1ektorová ob1a5tr mu5Í umoŽňovat nej1epší odsávání nosite1ů z báze. V principu 1ze kaŽdý z přechodů zapojit v propustném nebo závěrném (přechod směru. V aktivnÍm režimu je jeden z přechodů zapojen v propustném . kolektor). Pak je e m i t o r - b á z e ) a d r u h ý v z á u é t n é ms m ě r u ( p ř e c h o d b á z e jsou pak m o Ž n o i n j e k t o v a t z e m i t o r u d o b á z e m e n š i n o v én o s i t e 1 e n á b o j e , k t e r é od napět í,n báze - kolektor extrahovány do ko1ektorové ob1asti. Na rozdí1 p r o u d e m e m itoru proUdoVě řízeným prvken, e1ektronky je bipo1árnÍ tranzistor na tak,
Í í z e n p r o u d k o 1 e k t o r e m . P r o u d k o I e k t o r e m n e m ů Ž eb ý t p ř i n o r m á 1 n Í č i n n o s t i injektranzístoru větší neŽ proud emitorem, nebot je určen počtem nosite1ů je rotovaných do béze z emitorové ob1asti. Proud z báze do vnějšího obvodu
je
nedojde k emitorového a ko1ektorovélto proudu. V tranzistoru p r o u d o v é m uz e s í l e n í , p o n ě v a d ž j e v š a k o d p o r k o 1 e k t o r o v é h o p ř e c h o d u v ě t š í n e Ž ven tozdílu
e m i t o r o v é h o , d o J d e k v ý k o n o v é m ua n a p ě t o v é m u z e s Í 1 e n í .
- 101 -
(o b r
Na obr. I jsou zakreslenY schématické znaČky tranzistoru la) a NPN (obr. lb).
typu
PNP
0br se V obvodech se pouŽívají tři zákIadní druhy zapo3ení tranzistoru, ( S K ). s p o l e č r r o u b á z í ( 5 B ) , s p o 1 e Č n ý me m i t o r e m ( S t ) a s p o 1 e č n ý mk o 1 e k t o r e m NejuŽívatypu PNP Tato zapojenÍ jsou znázorněna na obr.2 pro tranzistor
nější 3e zapojenÍ SE, při němŽ 1ze dosáhnout ne3větší výkonové zesÍIenÍ a hodnoty vstupnÍho a výstupnÍho odporu jsou přijate1né. Ve1ké vstupní Ímpedanvýkonově zesÍV z a p o j e n í S B m ů Ž et r a n z i s t o r ce lze dosáhnout v zapojenÍ 5K lovat
s i g n á 1 y v Š i r š Í mf r e k v e n Č n Í mo b o r u .
fu-, I u'"1
,"{
I
SK
SE
SB
0br. b Í o o 1 á r r r Í h ot r a n z i s t o r u
Charakteristikv
je
Pro popis tranzistoru
třeba
znát vzájemnou závisIost
m e z i č t y Ď m Íp a -
, vstupním proudem I1 , výstupním napětím V zapojení se spo1ečnoubází 3e vstupním napěÚz a výstupním proudem I2. protékajícím tim napětÍ U"b mezÍ emitorem a bází, vstupním proudem I" proudem emitorem, výstupním napětím Uxn mezi koíektorem a bází a výstupním Z ve1ičin 0bdobně je tomu při jiných druzích zapojení. proud ko1ektoru Ix Ut
rametry : V5tupním napětím
vŽdy dvě jako nezávis1e proměnné, hodnoty zbý. vajících ve]ičin jsou pak jiŽ určeny. MezÍ čtyřmi ve1ičinami je možnovo1it šest závÍs1ostí, přitom je ještě 1ibovů1e, kterou ze zbývajÍcích dvou ve1ičin zvo1íme pro danou závis1ost jako parametr. ByIo by tedy moŽno stanovit 0becně mezi ve1ičinami U1 , U2 , T1 , I2 dvanáct funkčních závislostÍ zde uvedených je
1ze v1astnosti
noŽnévo1it
tranzistoru
popsat dvěma nezávis1ými funkčními vztahy,
-
l nÓ LVL
-
např.
u1
hl (rl , u2)
(t)
r2
h2 (It , u2)
(2)
Je pochopÍtelně moŽno k t e r é n a z ý v á n ec h a r a k t e r i s t i c k ý m i r u n t " " ' i t y p u h v y b r a t i j i n o u d v o j i c i z á v i s l e p r o m ě n n ý c hv e l Í č i n ' n a p ř Í k l a d I t , I 2 D o s t a n e m ev z t a h y , k t e r é s e n a z ý v a j Í c h a r a k t e r i s t Í c k ý m i f u n k c e m i t y p u y Il
yl (ul , uz)
(l)
r2
y2 (ul , u2)
(4)
Jiné alternativy ve vo1bě typů charakteristických funkcÍ se již prakticky popisují tentýŽ n e p o u Ž í v a j Í .P r o t o ž e c h a r a k t e r i s t i c k é f u n k c e t y p u y i ! j e j e j e d n o h o p ř e v á d ě t fyzikální objekt, moŽno navzájem z tvaru na druhý. V h o d n ýo b r a z o c h o v á n í t r a n z i s t o r u u d á v a j í c h a r a k t e r i s t i k y ' j i m i ž r o z u m Í m ef u n k č n í z á v i s 1 o s t , k t e r o u z Í s k á m e ' p o k 1 á d á m e - 1 ij e d n u z n e z á v i s 1 e p r o m ě n n ý c hv r o v n Í c Í c h ( l ) a Ž ( o ) z a p a r . a m e t r .C h a r a k t e r i s t i k y z Í s k á v á m e č a s t o p ř í m ý mm ě ř e n Í m .Z n á z o r ň u j e m ej e p a k g r a f i c k y , m ů Ž e mjee t é Ž v y j á d ř i t analyticky. P ř i g r a f i c k é m z n á z o r ň o v á n Íc h a r a k t e r i s t i k s e s n a Ž Í m eo m a x i m á 1 n Í ú s p o r n o s t a v y n á š í m ej e j i c h č á s t i d o k v a d r a n t ů v y t v á ř e n ý c h o s o v ý mk ř í ž e m , z n á z o r n ě n ý mp r o n e j č a s t ě j i u ž í v a n éc h a r a k t e r i s t i k y t y p u h n a o b r . ] C e I é c h a r a k t e r i s t i k y b y p r o b Í h a l y d v ě m aa ž t ř e m i k v a d r a n t y . Charakteristiky v jednotIivých k v a d r a n t e c h m a j Í s v á o z n a č e n í: 1'kvadrant - výstupní charakteristiky 2.kvadrant - převodní charakteristiky J.kvadrant vstupní charakteristiky 4.kvadrant - zpětné převodnÍ charakteristiky Je-1i znáno po jedné skupině charakteristik z hornÍ a dolnÍ po1ov i n y o s o v é h ok ř í ž e , m ů ž e m eJ L Ž o d v o d i t p r ů b ě hc h a r a k t e r 1 s t i k v e Obr. ,
z b ý v a j Í c Í c hk v a d r a n t e c h . .
Jako přÍklad je na obr.4 zakreslena úpIná soustava charakteristik typ u h t r a n z i s t o r u G c 5 1 5 v z a p o j e n í s e s p o l e č n ý me m i t o r e m ( 5 E ) . V s t u p n í eIektrodou je v tomto případě báze, výstupnÍkolektor, takŽe jako vstupní o b v o d o v év e l i č i n y u l , I I b e r e n e n a p ě t Í m e z i e m i t o r e m a b á z í U e b a proud bázÍ Io V ý s t u p n í mn a p ě t Í m U , j e n a p ě t í m e z i k o l e k t o r e m a e m i t o -
-10r-
2001t4
rem
Uk"
dem
IZ
a výstupnÍm prouProud kolektoren Ik'
Vstupní a převodní charaktev y n á š e n ép r o r ů z n á ristiky výstupní napětÍ Ux" se 1išÍ jen málo a proto je na obr.4 jezakresIena z kaŽdé skupiny diná.
60pA
tran CharakteristikY zistoru jsou obecně ne].ineární a výpočet v1astností obvo-
?O1tA
jp r^'ni -9
+
or^
-uk. [v]
du.obsahujícího prvek s nelinenÍ neárnÍ charakteristikou
201t4 6OpA 't00pA
jednoduchý. Pro praktické použití tranzistoru v obvodu není zoravidIa třeba znát zcela přesné řešenÍ'. Kromě toho se většinou
200p4 300pA
vol Í takový pracovní reŽim ve kterém 5e ootranzistoru,
Obr. 4
od 1ichYlkY charakteristik rovnic popisujívedou k linearizaci n e a r i t y n e p r o 3 e v Í . T y t o v Š e c h n yd ů v o d y vztahy této Ilnear1zace jsou lineární cÍch chovánÍ prvku v obvodu. Výsledkem mezi změnami obvodových ve1iČin. PřipraktickémpouŽití(vdanémpracovnímreŽimu)sezpravidIahodnoty obvodovýchve1ičinUl,Il,U2,|2jenvelmimáloodchyIujíodurČitých tzv. pracovnÍ' neoo u,o,i,o , kterými je definován hodnot Ulo,Ito Í2 Ul Změnu závis}e proměnných ve1j'čin " k} idový bod p iranziito.u. pomocÍ totá1nÍch P m ů Ž e m ev y j á d ř i t v (l) a (2) v okolÍ pracovního bodu diferenciálů
d u I,
d rz
Parciátní
derivace
n ím bodě
P
ónr d I l * (/ , T ř l , \
, \ / á n^ = | | ,
\ ďI1
( óht
\t)
oou,
o /
óUl).
aŽ
( ón,
/
),=(+) ,
6U)
stanovujeme v pracoV-
Zavedemeoznačení a pojmenovánÍ
hll
.l
/
ónt
\ ď It
(6)
o
o,,i.*(ř)
(ř)
d Uz
při vstuoní díferenciátní odpor k o n s t a n t ní m U 2
104 -
hta
hzt
(t), =15)
zpětný d1ferenciá1ní
=(+) ,=(*),
hzz
\ du, I
,
konstantním
I
přenoe při
1
proudový dÍferenciá1ní
(#), (#),
konstantnÍm
U2
výstupní diferenciátní při
přenos při
konstantnÍm proudu
vodivost I1
Íakto zavedené h parametry charakterizují tranzistor pro technickou praxi d o s t a t e č n ě . J e j i c h h o d n o t y j s o u z a v á d ě n y v k a t a 1 o z í c h p o 1 o v o d i č o v ý c hp r v k ů . O b d o b n ěj a k o h p a r a m e t r y b y c h o mz r o v n i c ( ] ) a ( 4 ) z a v e d l i p a r a m e t r y y P r o t o ž e o b a t y p y p a r a m e t r ůp o p i s u j í s t e j n ý p r v e k ' j e m o ž n ýv z á j e m n ý p ř e p o č e t. Yll
=
Y2L = hzi / htt
I / hrt
yz? =
Yrz=-hl2lhrl
(7)
(htthzz - htzhzl) / hlt
ProtoŽe pracovní bod P se voIí zpravid]'a v té části charakteristik' jejÍŽ p r ů b ě h s e j e n r p á l o 1 i š í o d } i n e á r n Í h o , j e m o Ž n op o m o c í h p a r a m e t r ův y j á d . ř i t i k o n e č n ěv e l k é z m ě n y v s t u p n í h o n a p ě t í U z a v ý s t u p n Í h op r o u d u 1 2 P1atÍ
4Ur
= hlr
ÁIr
*
h12
AUZ
(8)
AIz
* h21 óIr
*
h22
AÚz
(e)
T y t o v z t a h y n á m d á v a j í m o Ž n o s t s t a n o v i t z n a m ě ř e n ý c hh o d n o t p ř i b 1 i Ž n é h o d n o t y h p a r a m e t r ů .N a p ř í k 1 a d , o d e č t e m e - 1 iz e s í t ě c n a r a k t e r i s t i k z m ě n u při A1' v s t u p n í h o n a p ě t í Á U r o d p o v í d a j í c í z m ě n ě v s t u p n Í h op r o u d u o = ( A u 2 0 ), dostaneme k o n s t a n t n í mv ý s t u p n Í mn a p ě t Í U z
htt. (HÁU,=0
(10)
B u d e -I i v s t u p n Í o 1 e k t r o d o u b á z e ( z a p o j e n Í S E ) , b u d e v s t u p n í d i f e r e n c i á I n Í odpor (nezi emitorema bází) r oven
/ť!.) htt = l;ro
t
(1i) Un"=konst
P r o u d o v éz e s í 1 e n Í t r a n z i s t o r u c h a r a k t e r i z u j e p a r a m e t r h z t , k t e r é m u9 e p r o emitorem t o t , é Žř Í k á p r o u d o v ý z e s i I o v a c í č i n Í t e l a v z a p o j e n Í s e s p o 1 e č n ý m se označuje jako cLe
-105-
d'e
= hzl"
.(
óIr ÁIo
Uk" = konst.
(12)
e ř l b l Í Ž n o u h o d n o t up r o u d o v é h zoe V z a p o J e n í s e s p o l e č n o ub á z í m 0 ž e m p silovacÍho činiteIe urč1t ze vztahu
6o
= h2rb =
Á It. ÁI"
) u*o = konst
(rr)
T e n t o p r o u d o v ý z e s i 1 o v a c Í ě i n i t e I J e b t í z k ý , a v š a k v ž d y m e n š Íj e d n é ( c o ( 1 ) . P r a c u j e - I i t r a n z l s t o r v z a p o J e n í s E i s B v e s t e J n é mp r a c o v nímbodě, platí
a.e
Éo
(14)
I - otb
Princip činnosti unipo}árníhotranzistoru V unipo1árních tranzistorech je vedení proudu zprostředkováno pouze j e d i n ý m d r u h e mn o s i t e l ů . T y t o t r a n z i s t o r y s e n a z ý v a j Í t r a n z i s t o r y ř í z e n é e l e k t r i c k ý m p o l e m , v e z k r a t c e F E T ( z a n g I i c k é h oF i e 1 d - e f f e c t T r a n z i s t o r s ) . Jejich činnost je zaloŽena v principu na tom, že vodivost kanálu mezi dvěma je ode I e k t r o d a m í j e o v I i v ň o v á h a n a p ě t í mn a t ř e t í e I e k t r o d ě , h r a d l e , k t e r é poIe i z o I o v á n o o d v o d i v é h ok a n á l u . N a p ě t Í mn a h r a d I e s e v y t v á ř Í e 1 e k t r i c k é v e s m ě r u p ř i b l i Ž n ě k o I m é mk e s m ě r u p ř e n o s u n á b o j e . T Í m t on a p ě t í m s e r e g u l u j e v e I i k o s t p r o t é k a j Í c í h op r o u d u o b d o b n ě j a k o n a p ě t Í mř Í d í c Í m ř í Ž k y v e 1 e k t r o n c e . H r a d l o m ů Ž eb ý t o d v o d i v é h o k a n á I u o d i z o l o v á n o b u ě P N p ř e c h o d e mz a p o j e n ý m v z á v ě r n é ms m ě r u n e b o i z o l a n t e m . T r a n z i s t o r y s h r a d 1 e mo d d ě 1 e n ý m p ř e c h o d e ms e n a z ý v a j í v e z k r a t c e J F E T ( z a n g 1 i c k é h oJ u n c t i o n F i e 1 d . e f f e c t T r a n z i s t o r s ) . Z t r a n z i s t o r ů s h r a d 1 e mo d d ě l e n ý mi z o I a n t e m j s o u n e j b ě ž n ě j š Í t y , u n i c h Ž j e h r a d l o o d d ě 1 e n ok y s 1 i č n Í k o v o uv r s t v o u . V e z k r a t c e s e o z n a č u j í jako typ
Mo5 (z anglickéhoMetaII-0xid-Semiconductor). N a o b r . 5 j e s c h é m a t i c k yz a k r e s l e n ř e z ' JFET idealizovanou strukturou tranzistoru na obr.5 E a C se v české Elektrody označené termino}ogli nazývají emitor a ko1ektor, v anglické source (s) a drain (D), jsou v da-
n é mp ř Í p a d ě v o d i v ě p r o p o j e n y p o l o v o d l č e mt y . pu P Tyto dvě elektrody jsou principiálně Obr. 5 z á m ě n n é .J e d n g z " - n i c h - e m i t o r E b ý v á p r o p o j e n a s e s u b s t r á t e m . .N e r o z h r a n í m é z i p o l o v o d i č e mt y p u P a N s e p o d h r a d l e m o z n a č e n ý m G ( z a n g l i c k é h o g a t e ) v y t v á ř í v r s t v a , v n Í Ž p o m ě r n ěs 1 I né vnitřnÍ po}e brání průnlku majorltnÍch nositelů proudu z jedné vrstvy do
d r u h é . V o b } a s t i p ř e c h o d u j e t e d y k o n c e n t r a c e n o s l č ů m e n š ín e ž v e v l a s t n Í m p o t o v o d i č i . J e - l l k p ř e c h o d u P N p ř l l ' o Ž e n o ' v n ě J š Íp o l e , J e t t o u š t k a o c h u z e -
=106-
né vrstvy
závisIá
na velikosti
tohoto napětí. S růstem veIikosti
závěrného
zvětšuje a tím se zmenšuje průřez vodivé-
napětÍ se t1ouštka ochuzené vrstvy ho kanálu a vzrůstá jeho odpor. Tranzistory vl.rábějÍ' Z naŠíprodukce je z tranzistorů ný typ
KF '?0
aŽ KF 52) , oba typu
typu JFET se u nás prozatím neřÍzených elektrÍckým po1em dostup-
MOs Schématický řez strukturou
M0S je zakreslen
si01
na obr.6
tranz istoru
Z á k ] ' a d e mt r a n -
je destička polovodiče např.
zistoru
typu P.
Pod napařenými elektrodami emitoru a ko1ektoru jsou vhodnou technologiÍ vytvořeny oboN Hradlo je od destiČky hacené vrstvy izolováno kysl ičnÍkovou vrstvou. typů tranz istorů,
U uróitých
t a k z v a n ý c h o c h u z o v a cÍ c h
. 1 e e m it o r s k o l e k t o r e m 5 p o J e n v o d i v ý m k a n á l e m s v o d Í v o s t Í t y p u N i p ř i n u I o v é mn a p ě tÍ na hradle. Tranzistorem teČe poměrně znač-
Obr. ó
nÍ proud robdobně 3ako u JFt1) i při nulovémnapětÍ na hrad].e.VodÍvost kanálu z m e n š í m ep ř i l o Ž e n Í m z á p o r n é h o n a p ě t Í n a h r a r J l o ' Z á p o r n ý p o t e n c i á I h r a d l a ochuzuje vodivý kanál o nositeIe Ixistuje náI vytvářÍ
náboje'
téŽ otlohacovacÍtyp tranzistoru n e n u l o v é mn a p ě t Í n a h r a d l e '
aŽ při
MOS, u kterého se vodivý kaNenÍ-lr emitor s kolektorem
spoJen vodivým kanálem, pak mezi těmito elektrodami jsou zapo.jeny do sérÍe P ř i k l a d n é m n a p ě t í k o l e k t o r U a u z e m n ě n é me m i t o r u a h r a d 1 e přechody NP a PN poUze zbytkový proud koIektorového přechodu. Vodivý kanál 5e vytvářÍ teprve při kladnémnapětÍ na hradIe tÍm, že k rozhrannÍ poIovodiČ-kysliČnÍk jsou přitahovány záporné náboje. U ochuzovaciho i obohacovacÍho teče tranzistorem
t y p u m ů Ž eb ý t z á k t a d n í d e s t Í Č k a p o l o v o d i č e n a r o z d Í l o d s i t u a c e z a k r e s l e n é PoIar1ty napětÍ na eIektrodách 3sou pak na obr.6 i s vodivostí typu N o p a Č n év ů č i t y p u P Tranzistory
řÍzené elektrickým
Existu.1e řada dalšÍch typů.0bšÍrně3i tikou
polem jsme zde popsali
jen povrchně.
3e moŽno se seznámit s touto problema-
v d o p o r u Č e n é1 i t e r a t u ř e . jako e}ektronj'ckÝ prvek
Unipol árn Í tranz istorv
řÍ4ených e1ektrickým polem umoŽnil nahradÍt e1ek t r o n k y p o I o v o d Í Č o v ý m ip r v k y i v t ě c h o b v o d e c h , U f l i c h Ž j e v y Ž a d o v á n a o d n e . lineárního prvku extrémně velká.vstupnÍ impedance.0dpor mezi hradIem a V ý v o . 1t r a n z i s t o r ů
T o u m o Ž ň u 3 ep o u Ž Í t t e n t o p r V e k n a p ř . na vstupu e}ektrometrických zesi]ovaČů. Je výhodné, Že mají ve srovnánÍ s bipolárními tranzistory a elektronkami ma1ý šum. PouŽÍvají se jako spÍnacÍ' ostatními elektrodami je aŽ
zesi1ovací.
l0) Q
s m ě š o v a c í i p a m ě t o v ép r v k y .
N e . 1 s o uv š a k z p r a v i d l a
vhodnépro vý-
konové zesiIovacÍ stupně, mají veIký rozptyl parametrů a pod. Tranzistory typu MOS jsou velmi snadno poškodite1né. Z předchozího je známo, žé hradlo je odděleno prakticky
Člověx, který manipu}uje s tranzisoblečen v e1ektrickým nábojem, zejména je-li
nevodivou vrstvou'
torem, je velmi často nabit
- 107
oděvu ze syntet1ckých n8ter1áIů. E1ektrlcká kapacita ělověka Je re1ativně m a l á , t a k ž e i m a l ý mn á b o J e ms e n a b l J e n e v y s o k ý p o t e n c 1 á 1 , ř á d o v ě n a p ř . toJ v.. Při dotyku elektrod tranzlstoru nenÍ kysličnÍková vrstva schopoa b e z p o š k o z e n ío d v é s t t e n t o n á b o J a J e J í e l e k t r l c k á p a v n o s t J e d i m e n z o v á h a P ř i d o t y k u n a b l t é h o č I o v ě k ah r a d l a t r a n z i s t o r u na napětÍ řádově do to2 v d o j d e p r o t o k p r ů r a z u i z o I a č n í v r s t v y . a z n 1 č e n ít r a n z i s t o r u t . | O s F E T U t r a n . z i s t o r ů J F E T t o t o n e b e z p e č Ín e h r o z í . | ' | e n i p u l u j e m e . I is t r a n z i s t o r y t y p u M O s , d b á m en a t o , a b y c h o mm ě l i v ý v o d y v z á J e m n ěz k i a t o v á n y . V o b v o d e c hs e F E T z a p o j u j e n e j č a s t ě J i s e s p o l e č n ý me m i t o r e m . P a k j e j e h o z e s Í l e n Í > > l , v s t u p n í o d p o r a Ž t o 1 5 . í 2, v ý s t u p n Í ř á d o v ě 1 0 5 í l Tranzistor v tomto zapojenÍobracÍ fázi signálu. S c h e n a t i c k é z n a č k yp r v k ů J F E T a
.4 TVP X ?
M0SFET jsou zakresleny na obr. 7 t{
TYP N ?
TY? P
TYP '
E xosr Et
JFET 0br
je vhodné pouŽÍvat admitanční y-parametry. ZavádějÍ se však též parametry obdobnéjako u el.ektronek (viz útoha 15). Tato shoda je dána tÍm, Že u FE tranzistorů zapojených se spol e Č n ý me m i t o r e m j e v s t u p n í o b v o d p r a k t i c k y o d d ě l e n o d v ý s t u p n í h o s t e j n ě j a Pro kvantitativnÍ
popis
FE
tranzistorů
ko u elektronek. 0efínujeme: strmost
5
= í,'.
zesÍIenÍ
F
= /éu,' \ \ 7 u o , / , 0 , ,=o ,
vnitřní odpor
)
\ ó uo,/{ou.,=o;
(sr, \
I R. I
= Yzr1
(15)
Yztl
(16)
_
Yz z t -
l'
l(ÁUo.=O)
\ e*
(17)
YzzE
Mezi těmito parametryp1atí 8arkhausenův ztah
s Ri
( 18)
=
)r
- 108 -
Měření charakteristik
v zapo.iení 5E
VýstupnÍ charakteristika
typu
h
na napětÍ mezi kolektorem a emitorem
udává závislost proudu ko1ektorem In Ux" (Ii. = f (Uke)) měřená při konstant.
nÍmproudu bází ' Použijeme zapojenÍ na obr.8
Ve vstupnÍm obvodu je
zatazen
d e k á d o v ý o d p o r , k t e r ý n á m u m o ž ň u j en a s t a v i t
konstantní vstupnÍ proud. Na tomto odporu nastavu3emeco neJvětŠÍ hodnotu, řádově l04 - lo5Q VstupnÍ a výstupnÍ obvod napájÍme např. ze zdroje Aritma 0P 280 45 nebo 5tatron ]205.
PNP
0br PoIarita
napětÍ zdro3e Je na obr.8 zakreslena pro tranzistor typu PNP' Pokud bychom měřiii tranzrstor typu NPN , byla by polarita zdrojů opačná. P ř e c h o d P N b á z e , e m i t o r j e z a p o j e n v p r o p u s t n é ms m ě r u , P N p ř e c h o d k o 1 e k t o r , e m i t o r j e n a o p a k z a p o ' 1 e nv z á v ě r n é m s m ě r u . Z t o h o p l y n e p o m ě r n ě m a I ý v s t u p n í Je třeba si uvědomit' Že při připojení v s t u p n Í h o n a p ě t Í b e z n a s t a v e n í d o s t a t e č n ě v e l k é h o o d p o r u R m ů Ž ed o j Í t k p o a velký výstupnÍ odpor tranzistoru. škození tranzistoru.
Voltmetr ve výstupním obvodu musí mÍt veiký vstupnÍ P o m o c í odpor. napětÍ zdroje a odporu ve vstupním obvodu nastavíme při nulov é mn a p ě t í n a k o I e k t o r u p o Ž a d o v a n ý p r o u d v e v s t u p n í m o b v o d u . P a k p o s t u p n ě zvyšujeme napětÍ mezi kolektorem a emitorem. ZpoČátkupo po
2
aŽ
4 V
0,2 V,
později
K o n t r o l u j e m e n a s t a v e n í v s t u p n í h o p r o u d u a o d e Č Í t á m eh o d n o t y
výstupnÍho proudu a napětí' Výstupní napětÍ zvyšujeme pouze potud, aby nedošlo k překročení mezÍhonapětÍ Uk" nebo k překročenÍ maximáIní ko1ektorové ztráty . P.
X
uk"
(le)
It
Po proměření jedné charakteristiky
z m ě n Í m ev s t u p n Í p r o u d
k u j e m e , V z a p o j e n Í s e s p o l e Č n ý me m i t o r e m m á t r a n z i s t o r lenÍ. Pro germaniovétranzistory
je typická
Ib
a měřenÍ opa-
velké proudové zesÍ-
hodnota proudovéhozesilovacího
)0 , pro křemÍkové Út V zapojenÍ sE jsou proto 100 d " " , v vstupnÍ proudy řádově l0 pA , při výstupních proudech řádově mi1iampéry. činitele
Vstupní charakterÍstiky vis1ost
vstupního napětÍ
Uo"
ve stejném zapojenÍ. Udává je zána vstupním proudu Ib (Ube = f (Io)) , měře-
m ů ž e mm e ěřit
ná přÍ konstantnÍm výstupním napětí Ul" měřené VstupnÍ charakteristiky při různých hodnotách Uk" se od sebe velmi málo lišÍ. MěřÍmeproto zpravid-
109
VstupnÍploudy volíme řádově 10 aŽ 102 pA ' U*" = 5 V 1a jedinou při . V vstupnÍ napětÍ jsou řádu l0 K r o m ě t ě c h t o c h a r a k t e r i s t i k b y b y I o m o Ž n os t a n o v i t j e š t ě p ř e v o d n í c h a (Ix = f (Io) ořt Uk" = konst.) a zpětnou převodnÍcharakter1s. rakteristiku Ib = konst.). Převodní charakteristika typu h je t.iku (Ub" = f (U*") oři převod. Zpét,né přibliŽně 1ineárnÍ, její směrnici udává parametr h21 = ďe n Í c h a r a k t e r i s t i k y u d á v á s Í t ú s e č e kp ř i b ! ' 1 ž n ě r o v n o b ě ž n ý c hs v o d o r o v n o uo s o u ( v i z o b r ' 4 ) . T u t o s í t m u s Í m ep ř i b I t Ž n ě z k o n s t r u o v a t z n a m ě ř e n év s t u p n í c h a rakteristiky. Měření charakteristik
v zapojení SB
Měření je v podstatě stejné jako P o u Ž i j e m eo b v o d z a k r e l e n ý n a , o b r . 9 p ř i z a p o j e n Í S E a p o s t u p p ř 1 m ě ř e n Í n e b u d e m ep r o t o o p a k o g a t . J e v š a k t ř e b e s i u v ě d o m i t , Ž e p r o u d o v ýz e s i l o v a c Í č i n i t e 1 j e v t o m t o p ř Í p a d ě p ř i b t i Ž n ě Výstupníproud se proto jen velmi málo liší 1 roven jedné hztb = db. o d p r o u d u v s t u p n Í h o . V s t u p n í p r o u d n a s t a v u j e m ez p r a v i d I a j e d n o t k y m i 1 i a m p é r u . P ř i m ě ř e n Í d b á m e , a b y c h o mn e p ř e k r o č i 1 i m a x i m á 1 n ík o l e k t o r o v o u z t r á t u , d a n o u v tomto přÍpadě výrazem Px = Uxb Ix (srovnej (19)).
PNP
0br B L í Ž í - I i s e v ý k o n z t r a c e n ý v t r a n z i s t o r u k m a x i m á I n íp o v o l e n é h o d n o t ě , n e s t a č Í s e v š e c h n ou v o l n ě n é t e p 1 o o d v é s t d o o k o I Í a t e p l o t a t r a n z i s t o r u s e z v y š u j e . S e z m ě n o ut e p l o t y s e m ě n Í p a r a m e t r y t r a n z i s t o r u , c o Ž s e p r o j e v í n a p ř í k 1 a d č a s o v o uz á v i s l o s t Í k o l e k t o r o v é h op r o u d u . unipolárnÍho tranzistoru ,ý Z á k 1 a d n Íc h a r a k t e r i s t i k y u n 1 p o } á r n í h ot r a n z i s t o r u v y j a d ř u j e z á v Í s I o s t p r o u d u k o l e k t o r u n a j e h o n a p ě t í , m ě ř e n á p ř i r ů z n ý c hn a p ě t Í c h h r a d 1 a . J e d n á s e o v ý s t u p n Í c h a r a k t e r i s t í k y v z a p o J e n Í s e s p o l e č n ý me m 1 t o r e m .J a k o p ř Í k l a d
MěřenÍ charakteristik
VstupnÍcharakteristiky je sÍt těchto charakterístik zakreslena na obr.10 n e m á s m y s l u m ě ř i t , n e b o Ťh r a d l e m n e t e č e p r o u d M ě ř e n í n a t r a n z i s t o r u s v o d i v o s t n í m k a n á 1 e mt y p u N p r o v á d í m ep ř i n a N a p ě t Í U c E m ě n Í m eo d n u l y d o pětí UoE v tozmezí cca -8 v aŽ +20 V cca
l0 V
-110-
U G E o1 6 v 12V
cv 4V
0v -av -cv
usg[vl 0br
l0
S c h é m am ě ř í c í h o o b v o d u z d e n e u v á d Í m e , n e b o t j e z j e d n o d u š e n o u v a r i a n t o u o b v o VstupnÍ proud neměřÍme.Napájíme-li obvod ze zdroje 5tatron du na obr.8 ,20',
měřÍmevstupnÍ a výstupní napětí měřÍcími přÍstroji
proud měřÍmenapř. digitálnÍm A b y n e d o Š } op ř i
multimetrem
n á h o d n é md o t y k u e l e k t r o d
tranzistoru
je jako ochrana mezi hradlo a emitor zapojena doutnavka vac Í napět Í 3e PouŽit Í
XY
zdroje.
VýstupnÍ
6.l002'500 k jeho poškození, FN 2
Její
zapaIo-
70 V
zapisovaČe k měřenÍ charakteristik
nelineárnÍch 0 výhodách pcuŽití zapisovače k měření charakteristik diod. Princip p r v k ů 3 s m e j i Ž p s a l i V S o u v i s l o s t i s m ě ř e n Í mc h a r a k t e r i s t i k m ě ř e n Í z ů s t á v á s t e 3 n ý a p r o t o 3 e j z d e n e b u d e m eo p a k o v a t . Č t e n á ř e o d k a z u j e m e na ořÍs}ušný odstavec v návodu k ú1oze 1l
0br
1l
S n a d n é j e m ě ř e nÍ v ý s t u p n í c h c h a r a k t e r Í s t i k pol árn ího t ranz istoru.
uvádíme modifikované schémaz obr.8 pro měbipo1árního tranzistoru v zapojení se spoIeč-
Na obr. ll
ření výstupnÍch charakteristik
jak unipo1árnÍho, tak Í bi-
n ý m e m it o r e m .
111
V s t u p X z a p i s o v a č e p ř i p o j í m e p a r a l e l n ě k e z d r o j i k o 1 e k t o r o v é h on a p ě t 1 . N a v s t u p Y p ř i v á d Í m e n a p ě t í z o d p o r u R N z n á m év e l i k o s t i . T o t o n a p ě t Í j e ú m ě r n ép r o u d u t e k o u c Í m uo d p o r e m R N ' t e d y k o l e k t o r o v ý m o b v o d e m .M ě n Í m e - 1 i p l y n u 1 e k o I e k t o r o v én a p ě t Í , z a k r e s 1 Í s e n a z a p 1 s o v a ě i v ý s t u p l í c h a r a k t e r i s t i k a p r o n a s t a v e n o uh o d n o t u v s t u p n í h o p r o u d u . V e 1 i k o s t g r a f u u r č u j e n a s t a v e n á c i t l i v o s t v s t u p ů z a p i s o v a č ea v e I i k o s t o d p o r u R N K o n s t a n t u vstupu X volíme L - 2 V/cm , vstupu Y např. 10 mV/cm Při této cittivosti zakreslíme charakteristiky na papÍr formátu A4, zvoIíme-1i hodnotu odporu RN asi 10 n S e z a p i s o v a č e mm ů Ž e mm eěřit i vstupnÍ charakteristiku' Vstup X zap i s o v a č e z a p o j í m em í s t o v s t u p n Í h ov o 1 t m e t r u ' n a v s t U p Y p ř i v á d í m e n a p ě t í z o d p o r u z a p o j e n é h om Í s t o m i k r o a m p é r m e t r(um i l t a m p é r m e t r uv z a p o j e n Í s 8 ) P ř i m ě ř e n í v s t u p n Í c h a r a k t e r i s t i k y j e o b t Í Ž n ép l y n u 1 e m ě n i t v s t u p n í n a p ě t Í , k t e r é j e p o m ě r n ěm a I é . Z á v i s 1 o s t v s t u p n í h o p r o u d u n a v s t u p n í mn a p ě t Í j e v e l mi strmá. Lr teratura
trl
8roŽ J.
a kol.:
ZákIady fyzikálních čl. 4.5.l.]
t2l
Stránský J.
a kol.:
sPN' Praha 198]
, 4.5.4.1
PoIovodičová technika I, stat
trl
měřenÍ I,
2''
SNTL/Alfa, Praha l976
, čl. ,',,L
Frank H., Šnejdar V.: Principy
a v1astnosti
polovodičových souČástek
SNTL, Praha 1976
[o ]
8eneš 0.,
Černý A',
Zalud V.:
Tranzistory
tízené eIektrickým polem,
SNTL, Praha 1972
t5l
Zatud V',
Kulešov V. N.: Polovodičové obvody s maIýmšumem, SNTL, Praha 1980
-LI?-
17.
STUDIUM
TYRiSTORU
PracovnÍ úko1 Stanovte hodnoty minimáIního spÍnacího proudu Ioo , napětÍ Uoo a přÍdrŽného proudu ' I. j e j i c h z á v i s 1 o s t n a a n o d o v é mn a p ě t í a zjistěte tyr i storu .
Z m ě ř t e z á v Í s I o s t s a t u r a č n Í h on a p ě t Í U t Výsledky měření zpracujte graf icky .
n a p r o p u s t n é mp r o u d u t y r i s t o r u .
proudu tyrÍstorem na fázovém po5unU mezÍ napětÍm ř ídícÍ a anody. výsIedek měřenÍ zpracujte graficky a porovnejte jej s p r ů b ě h e m v y p o č í t a n ý mp o d 1 e r o v n i c (z) a (]) Změřte závislost
elektrody
Během měřenÍ Úko1u J sledujte na sekundáru transformátoru,
na vícestopém osciloskopu
průběhy napětÍ
anodě tyristoru
a fázovacÍm členu.51edujte Pozorované průběhy schématicky za-
téŽ Časový průběh proudu tyristorem. pro vybrané hodnoty fázových posunů
kreslete Princip
Činnosti tvristoru
3e polovodičový spínací prvek se čtyřmi vrstvami poIovodiče typu P a typu N , které 'jsou uspořádány podle obr. 1a. Ve schématech se označuje tyristor značkou zakreslenou na obr' 1b. V obvodech zastává tyristor v p o d s t a t ě f u n k c i d ř í v e p o u ž í v a n éo 1 y n e m p 1 n ě n é m ř í Ž k o v é eIektrorrky tyratronu. Analogicky s tyraironem nazýváme e1ektrody tyristoTyristor
s vodivostÍ
ru anoda (A), katoda (K) a mřÍŽka nebo téŽ řídÍcí e.i.ektroda G
A ( +I i
c{+
P
1
N
2
P N
3
lr l1
G
lr
t,
K o)
i bl
cl
0br. J e - l i m e z i a n o d o ua k a t o d o u t y r i s t o r u p ř i p o j e n o n a p ě t í p o 1 a r Í t y n a znač,enn éa o b r . 1 a , j s o u p ř e c h o d y I 1 . I3 po1arizovány v propustném s m ě r u a p ř e c h o d 1 2 m e z i v r s t v o u 2 a 3 j e n a m á h á nv z á v ě r n é ms m ě r u . P o k u d n e z v ý š í m ed o s t a t e č n ě p o t e n c í á 1 v r s t v y ] v ů č i k a t o d ě ' n e o t e V ř e s e p ř e c h o d
- 111 -
a t y r i s t o r e m n e m ů Ž ep r o t é k a t a n o d o v ý p r o u d . T o m u t os t a v u o d p o v í d á n á přechodem I] h r a d n Í s c h é m az d i o d z a k r e 1 e n én a o b r . 1 c . P r o t é k á - l i v š a k 4 s i t n ě j š Í p r o u d v p r o p u s t n é ms m ě r u , d o s t á v á s e č á s t e l e k t r o n ů z v r s t v y z ačne r o v n ě ž p ř e c h o d e m přes vrstvu 3 do oblasti přechodu I2, takŽe tímto p r o t é k . a tp r o u d . K v y s v ě t l e n í f u n k c e t y r i s t o r u I z e u ž í t n á h r a d n Í h os c h é m a t u podle z t t a r r z i s t o r ů . M y š l e n k o v ěs i m ů Ž e m ue s p o ř á d á n í v r s t e v p ř e d s t a v i t t é Ž Iz
obr. 2a. Vrstvy 2 a J z obr.1 jsou rozděleny na dvě paraleIně zapojené ( PNP a Č á s t i . T o m u t ou s p o ř á d á n Í v r s t e v o d p o v í d á z a p o j e n Í d v o u t r a n z i s t o r ů NPN ) pod1e obr. 2b. V tomto zapojení je ko}ektorový proud jednoho tranzist o r u z e s i 1 o v á n d r u h Ý mt r a n z i s t o r e m v u z a v ř e n é s m y č c ek 1 a d n éz p ě t n é v a z b y .
PNE K2
NPN
E2
ol
b) 0br
0 z n a č Í m se i p r o u d o v éz e s i 1 o v a c í č i n i t e l e t r a n z i s t o r ů P1 ^ 9z N á h o d n áz m ě n a p r o u d u b { z e B 1 ( á i B 1 ) j e p o z e s í 1 e n Í t r a n z i s t o r y p ř e v á d ě n a K2 tranzistoru T'. v e s t e j n é f á z Í d o ' u é Ž eb á z e j a k o z m ě n a p r o u d u k o l e k t o r e ' bude P r o z m ě n u p r o u d u Á L x z k o I e k t o r e ' K 2 z p ů s o b e n o uz m ě n o up r o u d u Á i a t olatit Á i.,^ Kt
Á','
pL.
F2
T a t o d o d a t e č n áz;m . ě n a p r o u d u b á z í B 1 s e o v š e mz n o v u z e s i 1 u j e . J e - 1 i a dojde k lavinovitému vzrůstu proudu. Celá 131 F2 > 1 , je Á ixz'Aia, s o u s t a v a ( t y r i s t o r ) p ř e j d e d o v o d i v é h o ( s e p n u t é h o )s t a v u . A b y n e d o š l o k e z n i č e n í t y r i s t o r u , m u s Íb ý t d o s é r i e z a Í a z e n v h o d n ý o d p o r , n a p ř . z a t ě ž o v a c í o d pop o r . T e n t o o d p o r o m e z í p r o u d p r o c h á z e j Í c Í o b v o d e m .N a p ě t í n a t y r i s t o r u Toto napětÍ se nazývá saturačním k l e s n e n a p o m ě r n ěn í z k o u h o d n o t u c c a ? u p r o t é k a j í c Í mp r o u d u ' j e h o a h o d n o t a m ů Ž ep o n ě k u d z á v i s e t n a Z e s i } o v a c í č i n i t e 1 é í 31 , F 2 z á v i s í n a k o } e k t o r o v ý c ph r o u d e c h . P o d m í n k a Í , 1 . P z > 1 j e s p l n ě n a a ž p o p ř e k r o č e n Íj i s t é h o m i n i m á I n Í h op r o u d u I G p ř i v á d ě n é h od o ř í d í c Í e l e k t r o d y G J e - 1 i ř í d Í c Í e . I e k t r o d ao d p o j e n a , j e z b y t kový proud tyristorem tak malý, Že B1 - 114 -
Pz
<.
l
a vypnutý.stav je stabilní
V p r a x i m Ů Ž e m ep ř Í v é s t t y r i s t o r l.
d o v o d i v é h o s t a v u d v ě m az p ů s o b y :
D o .ř í d í c í e 1 e k t r o d y G p ř i v e d e m e k l a d n ý p r o u d o v ý i m p u l s d o s t a t e č n év e likosti Io l I o o p o d o b u p o t ř e b n o u k v ý k o m p e n z o v á n pÍr o s t o r o v ý c h n á b o j ů a u s t a v e n Í v o d i v é h os t a v u ( o b v y k l e ! to-4 s)
:. ZvýšenÍm n a p ě t í n a t y r i s t o r u , c o Ž m á z a n á s 1 e d e k v z r ů s t z p ě t n é h op r o u d u přechodu Í2 do vrstvy J a vede tedy k sepnutí. Tento případ sepnutÍ t y r i s t o r u s e v y s k y t u j e o b v y k 1 e j a k o n e Ž á d o u c Íj e v . Je-1i tyristor v s e p n u t é ms t a v u , s e t r v á v n ě m t a k d I o u h o , d o k u d j Í m protéká proud většÍ neŽ tzv. přídrŽný proud I, \typínací doba tyristoru, během nÍŽ dochází k rekombinaci nadbytečnýchnosite1ů proudu a tedy přechodu do nevodivého stavu, MěřenÍ charakteristik
bývá
cca
l0-4
s
tvristoru
MěřenÍ provádíme v zapojenÍch pod1e schémat ), 4 a 5 Všechny prvky obvodu s Výji'mkouměřÍcÍch přÍstrojů, posuvných odporů a zdrojů jsou zabudovány v jednom z přípravkŮ u Ú1ohy. Prvky nejsou propojeny' a1e jsou vyvedeny uzlové body a propo.jenÍ si
uděláte
sami vně skříňxy co nejkratšÍmÍ spojova-
cÍmi vodiČi s banánkv,
t on/g57 6V/o.se 100'./0,2A
+
21V
21V
0br Při
měření úko}u
].
si
nastavíte
z v o ] . e n o u h o d n o t u a n o d o v é h on a p ě t í .
pomocí potenciometru
Druhým potenciometrem
,2
.1 ( 10 až ]o n ) (I - 2 k íl )
zvyšujete napětÍ řÍdÍcÍ e}ektrody,
až dojde k zapnutí tyristoru. Zapnutí tyb u d r o z s V í c e n í m Ž á r o v k y z a k r e s 1 e n é n a s c | . ' é m a t uJ n e b o mÍsto žárovky zapojÍme ampérmetra zjišřujeme, při jakém napětÍ řídící ristoru
se indikuje
elektrody
j Í m z a č n e t é c i p r o u d . P o u Ž i t Í a m p é r m e t r uj e v h o d n ě j š í z e j m é n a p ř i m a 1 ý c h a n o d o v ý c h n a p ě t Í c h . 0 d e č t e m eh o d n o t u p r o u d u a n a p ě t Í ř í d Í c í e 1 e k t r o d y v okamŽiku sepnutí. Pak sníŽíne její napětí na nu1u a tyristor vypneme stisknutím t1ačítka
Ít
(tj.
krátkodobým odpojenÍm anodovéhonapětÍ). Měřed a l š Í h o d n o t ě a n o d o v é h on a p ě t Í . PřÍdrŽný proud měřÍme v zapojení podIe obr.4.: potenciometrem r1 na-
nÍ opakujeme při
s t a v Í m e z v o I e n o u h o d n o t u a n o d o v é h on a p ě t Í . P ř i m a 1 éh o d n o t ě o d p o r u deme tyristor krátkodobým zapnutím vypínače V do sepnutého stavu.
- r15 -
t2
uve.
Zvyšujeme
Obr. 4 hodnotu odporu aŽ z hodnoty
tZ I,
e r o u d I t e k o u c í t y r Í s t o r e m .d o t é d o b y , r č Í m Žz m e n š u j e m p ( p ř Í d r Ž n ýp r o u d ) k l e s n e n a n u l u .
0br V z a p o j e n í p o d I e o b r . 5 m ě ř Í m ez á v i s l o s t s a t u r a č n í h on a p ě t í n a p r o u d u t y r i s t o r u . P ř i p ř i p o j e n é ma n o d o v é m n a p ě t Í k r á t k o d o b ý mz a p n u t í mv y p í n a č e V u v e d e m et y r i s t o r d o s e p n u t é h os t a v u . O d p o r e m r 2 m ě n Í m ep r o u d . t e k o u c Í t y . r i s t o r e m a o d e č í t á m en a v o l t m e t r u a n o d o v én a p ě t Í ( s a t u r a č n í n a p ě t í ) . Fázové řÍzení tvristoru Jedna z technických apIikacÍ tyristoru spoěÍvá v jeho pouŽitÍ k řÍzenÍ v ý k o n u v e s p o t ř e b Í č i , k t e r ý m m ů ž eb ý t n a p ř Í k l a d m o t o r n a s t e j n o s m ě r n ý p r o u d , t o p n ý o d p o r a p o d . J e - 1 i t y r i s t o r z a p o J e n v o b v o d u n a p á j e n é ms t ř Í d a v ý m n e b o p u l z u j Í c í m p r o u d e m , m ů Ž e mve k a Ž d ék 1 a d n ép ů I p e r i o d ě ř Í d i t o k a m ž i k n o v é h o s e p n u t Í n a p ě t Í mv ě t š Í m | n e Žs p Í n a c Í n a p ě t Í U c o p ř i v á d ě n ý n z p o m o c n é h o b vodU na tÍdícÍ eIektrodu. V technických zařÍzenÍchse zpr.vidla okamŽiksepn u t í ř í d í n a p ě ř o v ý mp u l s e m . U t é t o ú I o h y s e s e z n á m Í m es m o ž n o s t Íř í z e n í t y r i s t o r u f á z o v ě p o 9 u n u t ý ms t ř Í d a v ý m n a p ě t Í m . 5 c h é m ao b v o d u j e z a k r e s 1 e n o n a obr'6 T y r Í s t o r j e z a p o j e n m e z i s t ř e d a J e d e n z k o n c ů s e k u n d á r n Í h ov i n u t í transformátoru. K řÍdÍcÍ elektrodě Je přtváděno napětÍ ze středu fázovacÍho č I e n u t v o ř e n é h ok o n d e n z á t o . " ' \ . C
a odporem R , z bodu J
- 116 -
na obr. 6
RÍ .\ 3 Uor ?20Y,u
0 Uoz
0br
0br
[ ' i n n o s t f á z o v a c Í h o č l e n u m ů Ž e m en e j l é p e d e m o n s t r o v a t n a g r a f i c k é m z n á zorněnÍ vektorŮ napětÍ na sekcích sekundáru transformátoru a na orVcích fázového Rc členu. PřísIuŠný graf je zakreslen na obr.7 Jako referenční bod' vůči němuŽměřÍmenapětÍ, bereme střed sekundárního vinutí - svorku 0 Pokud obě sekundárnÍ vinutÍ majÍ stejný počet závitů, jsou napětÍ Uol' a U o z n a o b o u s e k c í c h s t e 3 n ě v e 1 k á , o v Š e mo p a č n é f ' á z e . N a p ě t í U t , n a c e I é m sekundárnÍmvlnutí 3e roVno součtu napětÍ na sekcÍch a toto napětí musí být roVno i součtu napětÍ na odporu R a kapacitě C 0běma těmito prvky teče
stejný proud
I a napětÍ RI a I / (su C) jsou fázově posunuta o Í/2 ' t a k Ž e v e k t o r y z n á z o r ň u j Í cí t a t o n a p ě t Í m u s í s v Í r a t p r a v ý ú h e l . V r c h o l l pravoúhléhotrojÚheInÍka, 3ehoŽ odvěsny ma3í velikost RI a I / ( w Cl n a leŽ Í Thaletově kruŽníci se středem v bodě 0 NapětÍ v bodě ] charakt e r i z o v a n é v e k t o r e m U o l j e v ů č i 'n a p ě t Í U o , f á z o v ě p o s u n u t o o ú h e 1 c f NapětÍ v bodě 4 ve schématuna obr'6 (anodové napětÍ tyristoru) má stejnou tázi jako napětÍ Uot Únel C| tedy určuje i fázový posun mezi anodovým napětÍm a napětím řídící elektrody, které je fázově shodné s napětím Uol MěnÍme-1i odpor R v intervaIu (0,oo), mŮŽe koncový bod ] vektoru napětÍ Uo, ležet v libovo1ném bodě zakres1ené pů}kruŽnice' Pro R = 0.í} bude UR = 0 V a napětÍ Uol bude mÍt stejnou fázi jako napětÍ Uot a tedy r anodovénapět Í. K otevřen í tyr istoru je třeba , aby anodové napětí by1o většÍ neŽ saturačnÍ napětÍ Ut a napětí řídící etektrody větší než spÍnacÍ napětÍ Uco Pckud je amptituda napětí Uot podstatně většÍ neŽ napětÍ UT . UG0 , otevře se tyristor přÍ R = 0Sl prakticky na začátku k1adné pů}perrody napětÍ Uoi a povede po ceJ.ou tuto pů1periodu. Vypne, bude-li napětÍ Uot = 0 V Při f l . ( r . , 'C ) - l b u d e f á z o v ý p o s u v ? a n o d o v é h on a p ě t Í a n a p ě t Í řÍdÍcí elektrody roVen ft /2 Tyristor sepne přib1iŽně v maximu napětÍ Uoi a povede po dobu jedné Čtvrtperiody. Při R.*66, bude f ázový porjuv Ý = jt,N a p ě t í ř í d Í c Í e l e k t r o d y z a Č n eb ý t k l a d n é v o k a m ž i k u , kdy Uot přecházÍ do záporných hodnot. Tyristor v tomto případě vŮbec ne5epne'
- t17 -
P ř Í s t r o j i s o t o č n o uc Í v k o u m ě ř í m es t ř e d n Í h o d n o t u s t e i n o s m ě r n é h op r o u du, pro kterou přib1iŽně pIatí
(+,) t. +T 'qL R . JI*"," \ r ,t znamená.li T periodu . a o d m o c n ě n Íd o s t a n e m e
=
1
U0I
"ol ll
Ř e š e n í mt r o j Ú h e I n Í k u z o b r . 7 , 1, ? a ),
(1)
a m p l i t u d u p ř i l o ž e n é h on a p ě t Í . P o i n t e g r a c i
(l+cos7
2 gt Rz
dt ,
(2)
) jehoŽ vrcholy
jsou označeny čÍslÍcemi
snadno odvodímevztah pro fázový posuv tg ( q /?
=
)
( l)
<er R C je kapacita
neproměnnáa rovná přibliŽně 2 pF , takŽe f'ázový posun by měl být roven hodnotě ? = !Í/? při R : l,6 k fl J a k o o d p o r R p o u Ž Í v á m eo d p o r o v o u d e k á d u s r o z s a h e m d o 0dpor rl R. = l00 íl ZatěŽovacÍ odpor volÍme přibtiŽně l, ll l05 íl V d a n é mp ř í p a d ě j e sIouŽÍ 3ako ochranný odpor řídÍcÍ e1ektrody tyristoru. V o b v o d u p o u Ž í v a n é mv p r a k t i k u
.l
: l k ft
Na odporu
r2
C
sledujeme průběh proudu tyristorem,
Tento odpor
Jeho hodnotu volÍme ,2'tQ N a m ě ř e ň ý p r o u d b u d e m e n Š Ín e Ž h o d n o t a v y p o č Í t a n á p o d l e ( ] ) , n e b o t n e n í v ,2
musí být podstatně menší neŽ odpor
tomto vztahu uvaŽován vnitřní
R,
odpor tyristoru.
Literatura t t J
Heřman J. : BezkontaktnÍ spínání , sNIL/A1fa, Praha l975
tz ]
Holub P.,
[] ]
8roŽ J.
Zíka J.: I
a ko}':
Praktická
zapojení po1ovodičových diod a tyristorů,
sHtL / ALf.a, Praha I97I
Základy fyzikáIních
- 118 -
měření I,
SPN' Praha l98)
.V
JEVY
PŘECH0D0VÉ
]0.
0BV0DU
RLC
sÉRI0VÉM
Pracovní Úkol l.
a změřte pro obvod v periodict.ém stavu zázatazené kapacity' VýsIedky měřenÍ zpta. vis1ost doby kmitu na veIikosti cujte graficky a vyhodnoŤte ve1ikost indukčnostL zaťazenév obvodu. ( D o p o r u č e n éh o d n o t y : c Í v k a s 600 závity na uzavřeném jádře, C = 0,01 pF Sestavte obvod podle obr.l
t0 pF
aŽ
, R = ]00íe aŽ
l íl
l00 mV).
, citlivost
2. Stanovte hodnoty aperiodizaČnÍch odporŮ pro něko1ik hodnot kapacit
zařa-
zeného kondenzátoru ' ).
Iogaritmického dekrementu na ve1ikosti odporu při konstantní kapacitě v obvodu a porovnejte naměřenéhodnoty s vypočÍtanými podle vztahu (9) ' Výsledky měření zpracujte graficky a vysvět1ete Změřte závislost
přÍčiny rozdÍ1u teoretických
a experimentá1ních hodnot.
v obvodu. VýsIedky měřenÍ zpracujte
pacity
na ve1ikosti
RC
reIaxačnÍ doby obvodu
4. Změřte závislost
graficky
odporu nebo ka-
a poroVnejte s teo-
ret ickými . P o z n á m ka Počet pracoVnÍch Úkolů je větší neŽ stačÍte změřit. Vyberte si proto m ě ř e n í ú m ě r n ě v a š i m s c h o p n o s t e mp,o d l e v 1 a s t n í h o z á j m u n e b o p o d 1 e p o k y n ů u č i te t'e . Tlumenékmitv rovnice
Diferenciá1ní
tvaru
dx
dZx a--n-+b dt-
:
=
Cx
.{+
(1)
$
jsou vykonává vo}né tlumené kmity, pokud a' b, c t Ďas a x proměnná' V přednáškách jste se s toUto rovnicÍ konstanty' tohoto typu popii v e1ektřině |'z).Rovnice seznámi1í v mechanice [1] suje i pohyb systému většiny ana1ogových měřícÍch přÍstrojů, jimiŽ měříme popisuje
systém, který
Jedná se o důležitou roVni-' či magnetické ve1ičiny Ii ] ci matematické fyziky, která je apIikovateIná na řadu fyziká1ních prob1émů. d o f y z i k á t n í c h p r a k t i k ú I o h u , V f l Í Ž s e s e z n á m Í t es č a s o Proto jsme zařadiIi v ý m p r ů b ě h e mp r o u d u v s é r i o v é m R L C o b v o d u p o z a p n u t í n e b o v y p n u t í s t e j n o např.
elektrické
s nímŽ měřenÍ provádÍme, je
směrnéhozdroje.0bvod, PodIe
I1.
Kirchhofova
zakres1en na obr.1 zákona je součet napětí na jednotIivých prvcÍch
obvodu roven přivedenému napětÍ
L
-
dr dt
+
-
I
I
c
/
J
I dt
+
RI
=
- 119 -
E
(2)
L
c R
vstup oscitotkogt
Obr. I (4,L5)) ze D e r i v u j e m e - 1 i t u t o r o v n i c i p o d I e č a s u t , d o s t a n e m er o v n 1 c i v ěase t = 0 s k r i p t [ 2 l . P o k u d n a p ě t Í p ř Í v e d e n ék o b v o d u s e z m ě n í s k o k e m (nebo opačně),bude mÍt rovnice pro z nulové hodnoty na napětí zdroje e (l). Pro t l 0 tvar shodnýse ( 4,,L)o) ve [2 ] a formáIně shodný s rovnicÍ Popisuje-li rovnice (1) pohyb R náš obvod bude a = L,{'í'lc " Y*= jiný význam m e c h a n i c k é h os y s t é m u ,m a j Í v e 1 i č i n y ? , b , c p o c h o p i t e 1 n ě j s řešení ou však analo(srovnej s (4'70) v Il]nebo (1,4) kap. a v []]), stručg i c k á . 5 e z n á m i I i j s t e s e s n i m i v c i t o v a n é 1 i t e r a t u ř e ' Z o p a k u j m ez d e ně výsledky z kap. 1l.2 skript t2 ] . při a ) J e - l Í l / L C > a 2 / ( z t ) z , z Í s k á r r ep e r i o d Í c k é ř e š e n í , du popisuje vztah (viz (IL,29) ve [2 ] )'
r(t)
=-
e BL
y'€xP
{
-o.
}
sin
Bt
n ě m Žp r ů b ě hp r o u -
()/
Při zapnutí a vypnutí se mění znamená-Ii A = R/?L ' 82 = L/rc - a2 p o u z e p o l a r i t a P r o u d u , p r ů b ě hz ů s t á v á s t e j n ý . A 2 = ( a / 2 L ) 2 = I / L C , m 1 u v í m eo m e z n ě a p e r i o d i c k é m s t a v u . S č a s e m b) Je-Ii (viz(11,J1) s e n e m ě n Ís m ě r p r o u d u , p o u z e j e h o v e l i k o s t a t o p o d l e v z t a h u ve [2 ] ).
r(t)
=-t
e
exp t -0,
(4)
proudu ^ 2 = ( R / 2 ) 2 > t / r c m l u v Í m eo a p e r i o d i c k é ms t a v u ' P r ů b ě h c) Je-Ii j e p o d o b n ýp r ů b ě h uv m e z n ě a p e r i o d i c k é ms t a v u . D o s á h n e v š a k r y c h 1 e j i m a jej vztah xima a naopak pomaleji kIesá k nulové hodnotě. Popisuje š
Til+\
BL kde
B-
= -
a
exp {-0. ,) I R' 4Lt
sinh { st J
LI,
-120-
(5)
p e r i o d I c k é mr B š B h Ío d p o v Í d áv e l 1 č i n a B dobu kmitu T, proto platí Při
kruhovéfrekvenct kmitú' Pro
(6) Pokud je
R2lotr o v n á d o b ě k m i t u n e t I u m e n ý c hk m i t ů . Z v ě t š u j e - 1 i s e t I u m e n Í , h o d n o t a R s e b l í Ž í k h o d n o t ě a p e r i o d i z a č n í h oo d p o r u R . o , d o b a k m 1 t u s e p r o d l u ž u J e a v m e z n ě a p e r i o d i c k é ms t a v u b y t e o r e t i c k y v z r o s t I a n a d e v š e c h n y m e z e . H o d n o t a a p e r i o d i z a č n Í h oo d p o r u j e r o v n a .
z{L/c
(7)
V aperiodickém stavu dosáhne proud maxima a pak se monotonně zmenšuje a nep ř e k m i t n e p ř e s n u l o v o u h o d n o t u . l ) o b u , V f lÍ Ž d o s á h n e p r o u d m a x i m a , u r č í m e jako dobu, při nÍŽ má extrém funkce (5) Platí
ln tra-a) / (A.B))
T max
(6)
2Ů
S rostoucÍm tIumením (rostoucÍm R) se doba pomaleji Při tud určit
!
zkracuje,
avšak proud se
vracÍ k nu1ovéhodnotě. periodickém ději logaritmický =
In (I(t)
m ů ž e m ez h o d n o t d v o u p o s o b ě n á s I e d u j í c í c h a m p I i -
dekrement
/ I(t*T))
D . P1atÍ
"-At
= ln {
VeIičina
Tr",.
1
= exP
D
"-A(t+I) se nazývá Út1urn.
I
l
AI
(e)
Pokud by v obvodu neby1a zařazena bud indukČnost L nebo kapacita C, t p r o u d Podrobné mění se v obvodu s časemúměrněfunkci exp [ t t |. j e v ů p ř e c h o d o v ý c h p o n a p ě t Í R L či RC v o b v o d u řeŠenÍ zapnutÍ či vypnutÍ je uvedeno např. ve t.2 ]. Ve1Íčina Í se nazývá relaxační doba a je rovna
T Í
RC
pro obvod s kapacÍtou
L/R
pro obvod s indukčnostÍ
( 10)
Pokvnv pro měřenÍ 0 b v o d z a p o j í m e p o d J ' e, o b r . l proud obvodem zjistíme
jako poměr
Měříme napětí U naodporu R,takŽe U/R = I Je nutno si uvědorlt, že zmen-
R , b u d e s e z m e n š o v a t i n a p ě t í U a ú m ě r n ěb u d e m em u s e t o s c Í l o s k o p u t a k , a b Y z a z n e m e n e n ás t o p a p o k r y 1 a c o n e j zvětšovat citlivost
šujeme-1i odpor
většÍ část obrazovky.
Z a p n e m es Í t o v é v y p í n a č e T V , p ř e v o d n í k u a p o č í t a č e ,p r o g r e m s e n a h r a j e a s p u s t í s á m . N a p ř e v o d n í k u n a s t a v í m ep o Ž a d o v a n o u . c i t 1 i v o s t ( c i t t i v o s t j e j 1oo mv u d á v á n a j a k o n a p ě t Í n a c e l ý r o z s a h - n a p ř . 1 0 0 m V z n a m e n ár o z s a h
- 121 -
na celou obrazovku, tj. v digitálnÍ formě -l27 aŽ +128)a stejnosměrný v s t u p . P ř i p o j Í m e s i g n á l k e v s t u p n Í mz d í ř k á m p ř e v o d n Í k u . P o s t a r t u p r a c u j e o s c i l o s k o p v n e p a m ě t o v é rme ž i m u , o č e m žs e p ř e s v ě d Č í m et í m , Ž e l z e n a s t a v o v a t s p o u š t ě c Íú r o v e ň , J e J Í p o 1 a r l t u a v z o r k o v a c Í a p e r i o d u m ě ř e n í . N a s t a v Í m ev h o d n ě s p o u š t ě n Í , č a s o v o uz á k l a d n u a c i t 1 i v o s t g s c 1 l o s k o p t a t o č 1 n n o s t a z a č n em ě ř 1 t reŽi.u [l p ř e p n e m ed o p a m ě t o v é h o (v1z pozn.). p o d m í n k y se přerušÍ pouze po splněnÍ spouštěcÍ obvodu. Toto se proTo by mělo nastat po přepnutí klÍče ve studoveném j e v í z n á z o r n ě n í mp r ů b ě h us i g n á l u n a o b r e z o v c e . P o p r o m ě ř e n í p r ů b ě h us i g n á I u u k o n č Í mpe r o h 1 { Ž e n ía o d s t a r t u j e m e d a 1 š í přepnout osciloskop m ě ř e n Í k l á v e s o u [ E I 6 - | , n e b o j e m o Ž n ék l á v e s o u l l J d o n e p a m ě t o v é hroe Ž i m u . K e z p r a c o v á n í n a m ě ř e n ý c hv ý s I e d k ůl z e u ž í t p r o g r a m , , R e g r e s n ía n a l ý z a , , v e v ý p o č e t n íl a b o r a t o ř i . 0vládacÍ prvkv osciIoskopu převodnÍk - sÍtový vypÍnač - vstupní zdířky
( j too mv aŽ j oo v na ce1ý rozsah) - otočný přepínač citlivosti - přepÍnání stejnosrněrného(0C) nebo,étrtoaveno (AC) v,stupu funkce ov1ádané z k1ávesnice mikrop (v závorce je uvedena indikace
.Ý* a) negamětový-reŽím-
n a s t a v e n Í s p o u š t ě c Íú r o v n ě
d a n é- f u n k c e )
-
nahoru
-
dolů
@
tr
( p o l o h a z n a č k y, . - - . . ) cyk1ické přepínání poIarity spouštěnÍ || mezera (poIoha označenÍ ,.tn,. vůči ' . - '' )
- .prod1ouženÍ nastavení vzorkovacÍ frekvence (časové zák1adny) zkr ácenÍ ( index
tn
- viz
tab.
I)
p ř e p n u t í d o p a m ě t o v é h or e ž i m u
-a
E
tr
b ) p.amětový-rgŽ!m-
( f u n k c e j s o u a k t i v n Í a Ž p o u k o n č e n ív 1 a s t n Í h o m ě ř e n Í - v i z p o z n . ) pohyb kurzoru _
::::::"
části paměti p o h y bz o b r a z o v a n é
dopředu
E E
c y k 1 í c k éz a p n U t Ía v y p n u t Ío i r e r ] n c : : ; : . l " . , o E u u k o n č e npÍr o h 1í Ž e n ía s t a r t n o v é h om ě ř e n í
@
-L22-
p ř e p n u t Í d o n e p a m ě t o v é hroe Ž i m u -
E
e Ž i m u c h y b n ě s p o u š t ě c Íú r o v e ň , t , a k Ž e P o z n á m k a: N a s t a v Í m e - 1 ip ř i . p a m ě Ť o v érm n e m ů Ž ed o j í t k e s p 1 n ě n Í p o d m í n e kn u t n ý c h k e s p u š t ě n Í , p ř e r u š Í m e m ě ř Í c í c y k i u s n a p ř . p ř e p n u t Í mr o z s a h u p ř e v o d n Í k u , n e b o r e s e t o v á n Í mp o č Í t a č e . Tabulka l: o z n a č e nÍ
tl t? tl t4 t5 t.6 t7
vzorkovací oerioda
)0 ps 50 ps I00 ps 200 ps 500 ps lms 2ms
Popis funkce osciloskopu M í s t o k I a s i c k é h o p a m ě t o v é h oo s c i 1 o s k o p u b u d e m e p o u Ž í v a t d i 9 i t á 1 n í p a . měŤovýosci1oskop, skládající se z rychIého anaIogově-digitá1ního převcdn íku s n a s t a v i t e I n ý m v s t u p n í m z e s i 1 o v a č e m a z m i k r o p o č í t a č e P M D - 8 5 s m o ni t o r e m . (viz
obr.2)
0br l . a n a 1 o g o v ěd Í g i t á 1 n Í p ř e v o d n í k ( A / D c ) 2 - vstupnÍ zesílovač ) - mikropočítačPMD-85 4-TV Tento osci1oskop pracuje násIedovně. Vhodně zesí1ený napětový signá1 je analogově-digitá1ním převodníkem která můŽe převeden na odpovÍdajÍcí čísl1covou hodnotu (je digita1izován), -L21 aŽ +I28 , čímŽje dána chyba převodnÍku, která 3e l 1. být v rozsahu V průběhu měření mikropočítač v určÍtých časových periodách
-Lzr-
t1 i
t7
(tj.
1 0 p s - 2 m s ) ( v i z t a b . 1 ) d á v á p ř e v o d n Í k up o v e 1 k m ě ř e n Í , n a m ě ř e n o u h o d n o t u p ř e č t e a u I o Ž í k d a 1 š Í m uz p r a c o v á n Í ' T o s e 1 1 š Í p o d 1 e n a s t a v c . . é h o r e Ži h u p r á c e . V n e p a m ě t o v é rme Ž i m u o s c i l o s k o p n e j p r v e p o č k á n a d o s a ž e n ís p o u š t ě c í p c d m í n k y .T a j e s p I n ě n a , j e - 1 i s i g n á l v ě t š í ( p ř i n a s t a v e n í t n ) r e s p . m e n š í
(( Tt ňn , )) ,
neŽ nastavená spouštěcí h1adina (hIad1na se nastavuje k1ávesou poIarita klávesou rrít|€Z€f8l'a její veIikost je indikována polohou značky l| - - il na levém okraji obrazovky). Potom provede 256 né-
@"8,
ř e n í v i n t e r v a 1 e c h u r ě e n ý c h n a s t a v e n í mč a s o v éz á k 1 a d n y ( x I á v e s a m i @ a - 2 m s p o d l e t a b . l ) a n a m ě ř e n éh o d n o t y L U , t l + t 7 z n a m e n áč a s y 3 0 p s z o b r a z Í n a o b r a z o v c e ' k d e z ů s t a n o u a Ž d o c t a I š Í h os p l n ě n í s p o u š t ě c í p o d m í n k y . V d o b ě , k d y n e p r o b í h á v l a s t n Í m ě ř e n Í , j e m o Ž n én a s t a v o v a t Ú r o v e ň a p o l a r i t u s p o u š t ě n í a v e l i k o s t č a s o v éz á k l a d n y . T a k é 1 z e p ř e p n o u t o s c i l o s k o p d o p a m ě řovéhorežimukIávesou E V pamětovém r e Ž i m u p r o b í h á n e p ř e t r Ž i t é o d e č Í t á n Ín a m ě ř e n ý c hh o d n o t v t a k t u t n a j e j i c h c y k l i c k ý z á z n a m d o 4 0 9 6 p a m ě t o v ý c hb u n ě k v p a m ě t i p o č Í t a č e .Z á r o v e ň s e t e s t u j e s p l n ě n í s p o u š t ě c í r e I a c e . 0 d o k a m ž Í k uj e j . í h o s p 1 n ě n Í d o j d e k n a m ě ř e n í j e š t ě ] 8 4 0 v z o r k ů , P a k s e m ě ř e n í u k o n č ía č á s t v ý s I e d k u s e z o b r a z í . N a o b r a z o v c e s e z p o č á t k u z n á z o t n Í č a s o v ýÚ s e k 2 5 6 v z o r k o v a c í c h p e r i o d t n , p o č Í n a j eo k a m ž i k e m 5 0 t n . p ř e d s p u š t ě n í m .N y n í 1 z e p r o h I Í Ž e t a o d e č í t a t v š e c h n y n a m ě ř e n éh o d n o t y . P r o v á d Í s e t o d v ě m a z p ů s o b y . P o h y b e mz o b r a z o v a n éč á s t i p a m ě t i ( . . o k n a ' ' )m ů Ž e mpe r o h l é d n o u t c e l ý z a c h y c e n ý p r ů b ě h s i g n á l u ( k l á v e s y [ 1 ] T | Í | * l ) . V e l i k o s t s i g n á I u o d e č í t á m ep o m o c ík u r z o r u ( k r á t k é s v i s 1 é č á r k y ) , k t e r 1 ; mm ů Ž e mpeo h y b o v a t k I á v e s a m i l r J Í=l ' " a j e h o Ž p ň l o n u ( a t í m i v e l i k o s t s i g n á l u v d a n é mm í s t ě ) u d á v á l e v é č Í s 1 ov p r a v é mh o r n Í mr o h u o b r a z o v k y ( p r a v é č í s } o u d á v á č a s o v o us o u ř a d n i c i v n á s o b c í c h p e r i o d y t n ) . N a s t a v e n é m ruo z s a h u n a p ř e v o d n í k u ( n a p ř . i 1 V ) o d p o v í d á r o z s a h - L 2 7 a Ž n .+ l ) g Pro měření reIatÍvních vzdá1eností 1ze použÍtdiferenčnÍ kurzor. Stiskem k1ávesylT| z a s t a v í m e k u r z o r a d á I e p o h y b u j e m ed i f e r e n č n Í mk u r z o r e m (opět klávesami l*Ia ) . D o l n í d v o j i c e č í s e l v p r a v é mh o r n í m r o h u o b l*l r a z o v k y n á m n y n í u d á v á h o d n o t u s Í g n á 1 u v m Í s t ě d i f e r e n č n í h ok u r z o r u a j e h o č a s o v o uv z d á l e n o s t o d p o 1 o h y k u r z o r u . 0 p ě t o v n ý ms t i s k e m | i T | , ' o k n a ' ' s e o b n o v Í p ů v o d n Íf u n k c e k u r z o r u .
nebo pohybem
P r o h 1 í Ž e n Í n a m ě ř e n ý c hh o d n o t u k o n č Í m ke 1 á v e s o u m , coŽ odstartuje d a 1 š í m ě ř e n í , n e b o p ř e c h o d e md o n e p a m ě t o v é h roe ž i m u t r , c h c e m e . l i např. n a s t a v i t j i n o u s p o u š t ě c í Ú r o v e ň n e b o v z o r k o v a c í p e r i o d u , c o . ž v p a m ě ř o v é mr e žimunelze. P ř e h I e d n á t a b u 1 k a s v y z n a č e n ý moi v l á d a c Í m i p o v e l y a v z o r k o v a c í m i p e r i o j e damÍ v y v ě š e n au ú l o h y .
-L24-
19.
MĚ Ř E N Í
T0RzNÍM
MAGNET0METREM
Pracovní úkoI výchy1ky magnetometruna proudu protékajícÍm cÍvkou. t.ÉřenÍproveóte pro obě cívky a různé počty závitů ( 5 a 10) . MaximáInÍ
1. 2měřte záviš1ost
povolený proud obvodem jsou
4 A
2. Výsledky měření znázorněte graficky. ,.
Diskutujte
výsIedky měření z h1ediska platnosti
4 . Z m ě ř t e d i r e k č n Í m o m e r t tv I á k n a
Biotova-Savartova
zákona.
metodou torznÍch kmitů.
5 . U r č e t e m a g n e t i c k ý m o m e n t m a g n e t u u Ž Í v a n é h op ř i i A m p é r o v ý c hj e d n o t k á c h )
měření (v CouIombových
V t é t o u l o z e s e s e z n á m í m es t o r z n í m ě ř Í c Í m e t o d o u ' k t e r é 5 e v e z d o k o n a } e n é f o r m ě u ŽÍ v á k u r č o v á n í m a l ý c h m a g n e t i c k ý c h m o m e n t ů ' studiu ké anizotropie
a p o d' Z á r o v e ň o v ě ř í m e p } a t n o s t B i o t o v a - S a v a r t o v a
magnetic-
zákona pro-
střednictv ím jednoduchých vztahů, které z něho vyplývaj í ' U vo d Je-li
magnetický dipól
sobÍ na něj silový
:
pH
(l)
sinú
je magnetický moment a
p
pů-
H,
moment
M kde
v l o Ž e n d o h o m o g e n n í h op o I e o i n t e n z i t ě
.'
Úhe1, který
sv írá osa dipólu
se směrem i n t e n z i t y m a g n e t i c k é h o p o I e . P r o t o Ž e z a p o d m Í n e kn a š e h o p o k u s u j e ú h e I , ů r n á 1 o o d I i š n ý o d T / 2 , m ů Ž e m ev ( l ) k l á s t sin ů = i ' takŽe máme
(2)
pH
U torznÍho magnetometru je malý permanentnÍ magnet, představujÍcÍ dÍ pól,
z a v ě š e n n a n a p j a t é m k o v o v é mv 1 á k n ě , p ř i
rekČnÍ si1ový moment Mo
Mo
Úměrný úhlu
D
^
jehož zkroucení se vyvolá di.
, o který
by1o vIákno zkrouceno (l)
a"
R o v n o v á Ž n á v ý c h y l k a a ' z a v ě š e n é h om a g n e t u p a k o d p o v Í d á s t . : v u , k d t , s e momenty (2) a (]) sobě rovnaj í ' Dostáváme tak d,
(4)
O/p
p o l e j e ú m ě r n á r o v n o v á Ž n é v ý c h y l c e m a g n e t u . U m í s t u j e m e - li a počtu závÍtů N protékané magnet doprostřed kruhové.cÍvky o poloměru r neboli
intenzita
proudem
I
, platí
pro intenzitu
NI
pole (5)
/2r
- r25
V z t a h ( 5 ) j e z n á m ý md ů s I e d k e mB i o t o v a - S a v a r t o v g z á k o n a , P o d o s a z e n Í do (4) dostáváme
2r
(6)
D cllNp
m ě ř e n év ý c h y l c e a , l z e p o d l e ( 6 ) p l o t g z n é p o . a r ů z n ép o č t y z á v 1 t ů N e x p e r í m e n t á 1 n ěo v ě ř í t ' S t a n o v í m e . 1oměry cívek r - 1 i d i r e k č n Ím o m e n tv l á k n a D , m ů Ž e mpeo d l e ( 6 ) u r č i t m o m e n tm a g n e t u p D i r e k č n í m o m e n t D n e j v h o d n ě J i u r č í m em e t o d o ut o r z n Í c h k m í t ů . N e c h á .
P ř Í m o u ú m ě r n o s tp r o u d u
I
m o m e n t us e t r v a č n o s t i J z a v ě š e n én a v 1 á k n ě ' m e - 1 i k m i t a tt ě } e s o o z n á m é m j e h o Ž d i r e k č n í m o m e n tc h c e m ez j i s t i t , bude doba kmitu
f
=
?st
lJ / o
V d a n é mp ř Í p a d ě z a s u n e m e d o o t v o r u v e s t ř e d n Í č á s t i m a g n e t o m e t r u k o v o v o u 6 m m ) , j e j Í Ž m o m e n ts e t r v a č n o s t i j e tyč (déIka n;24 cm, 0 -
^17 L2
=
lo-4
2,72
kgr2
je přibliŽně MomentsetrvaČnosti ostatních rotujÍcích částÍ magnetometru s t o k r á t m e n š Ía p r o t o j e j z a n e d b á v á m e . SestavenÍ magnetometru Na jejÍ doInÍ konec nasunemestřední část magnetometru se zrcátkem. Po nastavení je z r c á t k o u m Í s t ě n o n a h o ř e a t r u b i č k a s 1 o u Ž Í c í k u p e v n ě n í t 1 u m Í c Í h ok ř i d é l k a dole. Ve středu této části magnetometrujsou dva otvory, z nichŽ horní je Ne3dřÍve zavěsÍmedo zátezu v torzní h1avici
jednu ze strun.
do do1ního zasunujeme magnet. Na doInÍ konec tě1esa zasuneme do zářezu druhou strunu, na jejíŽ konec zavěsÍmedrŽák. SpodnÍ část drŽáku zasuneme do svorky, mÍrným
u r č e n p r o n a 5 U n u t í t y Č k y o z n á m é mm o m e n t u s e t r v a č n o s t i ,
t l a k e m n a d r Ž á k n a p n e m eo b ě s t r u n y a d r Ž á k z a j i s t í m e v e s v o r c e u t a Ž e n Í m šroubu. NapnutÍ struny musí být takové, aby po rozechvění vydáva1a sIyši. teIný tón. Je-1i
třeba tlumit
pohyb střední
č á s t i m a g n e t o m e t r u , n a s a d Í m ed o z á -
řezů v trubičce tIumícÍ křidé1ko, které zasahuje do nádobky s kapalinou. je moŽnonastavit ve1ikost tIumenÍ. Do druhého konce trubičky zasuneme tyčku s posuvnou ku1ičkou, která představuje protiváhu ke V ý Š k o uk a p a l i n y
křidé1ku. Potom ku1ičku nastavÍme tak, A b y c h o mt o h o d o s á h l i , byta přibIiŽně
abY těžiště by1o v ose magnetometru. 9oo tak, aby struna
překIopÍme ceIý magnetometro
ve vodorovnépo1oze. HornÍ konec magnetometruje přitom
opřen o statívovou tyč posuvnou v horní desce aparatury.
PoIoha této tyče
s e a r e t u j e š r o u b e m . T o t o v y v á Ž e n Í p r o v á d í m e s k o m p 1 e t o v a n ý mm a g n e t o m e t r e m (nasunuto zrcátko a magnet)' Po vyváŽenÍ přek1opíme magnetometr zpět do pracovnÍ polohy. Pod tIum Í c í k ř i d é 1 k o n a s u n e m e n á d o b u s k a p a 1 i n o u ( o b v y k I e v o d o u ) , o t o č Í m ek o n s o I k u
- L26
p o d n á d o b k u a z v e d n e m ej i d o p o t ř e b n é v ý š k y . P o l o h u k o n s o 1 k y a r e t u j e m e z j i š ř o v á n í m o m e n t ut o r z e v 1 á k n a n e n Í n a s u n u t o k ř i š r o u b e m .P ř i d y n a m i c k é m d é l k o . ,p r o t i v á h a a m a g n e t . V h o r n Í mo t v o r u m a g n e t o m e t r uj e v š a k z a s u n u t a t Y č , j e j í Ž m o m e n ts e t r v a č n o s t i k o l e m o s y b y l u v e d e n v ý š e . A b y t ě Ž i š t ě t y č e b y l o v o s e . m a g n e t o m e t r up, r o v á d í m ev y v á Ž e n í p ř i v o d o r o v n ép o l o z e s t r u n y m a g n e t o m e t r u( o b d o b n ě j a k o p ř i v y v a ž o v á n ít l u m Í c Í h o k ř i d é I k a ) ' R o v n o v á h un a s t a v u j e m ep o s u v e mt y č k y . ' C Í v k y u c h y c u j e m ed o z v I á š t n Í h o s t o j a n u . R o v i n a c í v e k m á b ý t r o v n o b ě Ž n á s o s o u m a g n e t u . P o I o h u c Í v e k n a s t a v u j e m et a k , a b Y m a g n e t b y I p ř i b 1 i Ž n ě v e středu. VinutÍ cívek je dělěno, na střední svorku je vyveden téŽ střed vinutÍ Pokvnv pro měřenÍ ZapojenÍ obvodu 24 V CÍvku napájíme z rozvodu v praktiku ze svorek ( d o p ř e d e v š í m p o t e n c i o m et r e m Malé proudy 2 A) reguIujeme
je na obr.l
50 f2 , většÍ pak posuvným rezistorem metodou zrcátka a škály. Při a
měření je třeba si
6 E2
Úhel otočenÍ magnetometruměřÍme
uvědomit, Že otočí-1i se zrcátko
, vychý}í se paprsek odraŽený od zrcátka
o
magnetometru o úhe1
7 *
0br
Li teratura
trl
BroŽ J. a kol.:
Zák1ady fyziká1ních měření I, SPN, Praha l98l st. a čl. 2,2,L . 4 L.2.2 , 5. 1.1 ,5.2.r.L ,5.2.r.3
-L27-
INrE
MĚŘENÍ
20.
MAGNETIcKÉH0
NZITY
POLE
GALVA NOMETREM
'BALIsTIcKÝM Pr,acovnÍúkol l.
magnetického pole na ose solenoidu.
Proměřte průběh intenzity
solenoidu a počítaný výsIedek porovnejte s měřenÍm. Průběh pole podéI osy so1enoidu porovnejte s teoretick ý m p r ů b ě h e mp o č í t a n ý m p o d 1 e v z o r c e ( 2 ) n e b o ( } ) .
2. Vypočtěte intenzitu
pole uprostřed
graficky.
] . M ě ř e n é i p o č Í t a n év ý s I e d k y z p r a c u j t e
V této úIoze změříme průběh intenzity
magnetického pole na ose soIe-
jak tento průběh souhlasí s příslušnými teoretickými Vzor. c i . S e z n á m Í m es e t é Ž s m e t o d o u m ě ř e n í i n t e n z i t y m a g n e t i c k é h o p o l e z a I o Ž e n o u na jednorázové změně intenzity (srov ' s úlohou 2]) ' noidu a zjistíme,
Intenz i ta pole na ose solenoidu Intenzitu no přibliŽně
magnetickéhooo." u" středu velmi dlouhého solenoidu je moŽ-
vyjádřit
vztahem NI
v němŽ N proud.
/
(l)
I
je celkový počet závitů,
I délka solenoidu
a
I
p r o t é k a j Í cí
k o n e č n éd é l c e s o I e t r u i ' d u k l e s á i n t e n z i t a z m a x i m á I n Í h o d n o t y ( t ) v e středu k oběma jeho koncĎo. Pro solenoid s jednou vrstvou vinutí Ize intenzitu v libovo1ném bodě na o5e spočÍtat podle Vzorce : Při
(t
\7
H(a)
") [.'
.(,
-) "\rIJ
It
') [.'.
\z
\7
-* -")\,-l -l
+l
+ (2)
J
i n u t Í , a v z d á l e n o st m Í s t a o d s t ř e d u s o l e n o i d u . S o m e ze n o u p ř e s n o s t Í pr l a t í t e n t v z o r e c i p r o c í v k y ' k t e r é m a j Í v Í c e v r s t e v , a v š a k j e j i c h t 1 o u š t k a j ee z a n e dbbat e l n ě m a l á v ů či p r ů m ě r u c Í v k y . N e n Í - I i t a t o p o d mí n k a s p l n ě n a , j e nr uttn o p o uŽŽÍt v z o r c e lde znamená
r
NI Hía)
p o 1 o mrěr
It I
{I tt
( 2 | (rr-rr) t\ ?
i"
t
[,"
(,,
.
.(+l ['" (.,
,(ž-fu), 128 -
( l)
p r o j d e g a l v a n o m e t r e m ,k o m u t u j e m e - 1 ii n Vypočítámn eynÍ, jak velký náboj 0 u m í s t í m ei n d u k č n Íc í v k u . P 1 a t í t e n z i t u m a g n e t i c k é h op o 1 e , d o n ě h o Ž
Q
I
=
= /:
R
"
/1, =l-
2
l'tonSH
(7)
součinu intenzity pole, PermeabilitY Po , ga1jednoho závitu. Náboji Q proš1ému d, galvanometru,pro kterou p1atÍ vanometrembude odpovídatvýchytka
i n d u k č n Ít o k r o v n ý z n a m e n á - 1i { počtu závitů n cÍvky a plochy S
cb Z rovnic
(8)
a,
(6) aŽ (8) pak plyne M Io Po n Sdo
d,
(e)
I. , k o m u t a c i p r o u d u I o v p o m o c n é mo b v o d u z á v Í tů. n Poěet vzájemné indukčnosti M obsahujícím primárnÍ cÍvku normáIu
Výchylku
Co
jsme Určilr
při
aplocha5indukČnÍcívkyje'uvedenanatétocívce.Permeabi1itapoje * , můŽeStanovínre-1i tedy ve1ikost."ý"n'}:'^. l0-7 Hm-t rovna Po = 4 Í magnetického po1e v místě, kde se me z výrazu (9) určit velikost intenzity indukČní cívka nalézá. Ó h h .l a|^v.n, n Í íh}or no b v o d u a n i b a I i t s t i c k á Ve výraze (9) nevystupuje odpor R záodporu R:qnezá1eŽí. Na odporu R k o n s t a n t a . T o o v š e mn e z n a m e n á ' Ž e n a ponechat neměnný, jak při k o n s t a n t a . M u s í m ep r o t o o d p o r r b visÍ balistická je.Ii Pro měřenÍ je nejvýhodnějšÍ, kalibraČním, tak i při vlastnÍm měřenÍ. odporu ga1vanometru. odpor rb přibIiŽně roven aperiodizačnímu Postup při
při
měřenÍ
d a n é mu s p o ř á d á n í p r o v á d í m e Po proveóenÍ katibračnÍho měřenÍ, které v Podle z obr.1 I proudu Io = t0 - 15 mA, rozpojíme pomocnýobvod
obr.2zapojÍmeobvodpronapájenÍso1enoidu0OoporučenáhodnotaprouduI Nastavíme 3i odo,5 A soIenoidem je
D
Obr. 2
p o r e m r a m ě ř í m ea m p é r m e t r e mA Při katibraci (obr'1) i v}astním m ě ř e n í ( o b r ' 2 ) p ř e p Í n á m ek o m u t á t o r k zIeva doprava a zprava do1eva. Dostá. vámetím výchylky galvanometru úo a
výchylky dL v obou směrechstupnice, p o č Í t á m es a o d e č í t á m ev a b s ' h o d n o t ě jejich aritmetickým středem. I n d u k č n íc Í v k u p o s u n u j e m ep o d é 1 osy so1enoidu. Na okrajích so1enoidu po 1 cm , blÍŽe st.ředu po 2 aŽ 5 cm.
-1)0-
Při
k a ž d é p o l o z e c Í v k y m ě ř í m e v ý c h y l k y g a 1 v a n o m e t r u v y v o 1 a n ék o m u t a c Íp r o u -
du
I
v solenoidu.
Literatura
tt]
BroŽ J
a ko1.:
měřenÍ I , SPN, Praha 1981, , 4.l.6.4 , 5.1. 6.L , 5.2.2.L , 5.2.2.2
Základy fyzikáInÍch čI. 4.l'2.1
tz ]
S e d l á k B . , Š t o t I I . . E 1 e k t ř i n a a m a g n e t Í s m u, sA c a d e m i a , P r a h a 1 9 9 0 , odst. Lt.Sc , st. 4'l
2T.
STUDIUM
5MYČEK
HYsTtREZNÍCH
FERITU
o
Pracovní úko1 l.
U feritových
krouŽků Č. I,
a III
iI
Bn' a koercitivní
a) změřte závis1ost indukce (v iz m a g n e ti c k é h o p o 1 e H '
síIy
H"
na intenzitě
obr . 1)
z á k 1 a d n í t y p y h y s t e r e z n í c h s m y Č e k( p o d I e o b r . l ) v z á v i s l o s t i přib}ižně, při které intenzitě po1e na intenzitě po1e H,n a zjistěte (nebo v kterém interva1u intenzit po1Í) jednotIivé typy hysterezních
b) sIedujte
smyčekpřecházejÍ jeden na druhý. 2 . 0kal ibrujte ,.
aparaturu pomocÍ střídavého napětí známéveIikosti
Výsledky podle bodu
la)
zpracujte
.
tabe1árně a graficky.
i
Ú I o z e s e s e z n á m Í m es t v a r y h y s t e r e z n í c h s m y č e k m o d e r n í c h m a g netických materiáIů - feritů' Experimentálně ověříme vzrůst magnetické indukce.a koercitivnÍ sÍly se stoupajÍcí intenzitou aplikovaného magnetického p o I e a Ž d o m a x i m á ] . n í c h( n a s y c e n ý c h ) h o d n o t . P o z n á m e t a k é o s c i 1 o s k o p i c k o u m e V teto
todu zobrazení hysterezní smyčky, které se v praxi kou registracÍ běŽně pouŽívá.
reritv
ve spojení s fotografic-
II] o x i d y c h e m i c k é hvoz o r c e F e r i t y , s k t e r ý m i p r a c u j e m e ,j s o u m a g n e t i c k é
M 2 * F e 3 2 *0 4 , k d e M 2 * j e k o v s o x i d a č n í mč í s l e n 2 ( M n , N i , C u , Z n , C d poměru). Jejich krystalová a j . , p o p ř ' d v a z t ě c h t o k o v ů v r ů z n é mv z á j e m n é m s t r u k t u r a s e o d v o z u j e o d p 1 o š n ě c e n t r o v a n ék u b i c k é m ř í Ž k y k y s 1 í k o v ý c h a n i anionty jsou různě pod1e druhu feritu ontů. V dutinách nezi 'kys1Íkovými u m í s t ě n yk a t i o n t y M . . a F e ' Na rozdí1 od kovovýchferomagnetik existuje ve feritech antipara1e1ní na kovovýchkationtech. Proto v některých u s p o ř á d á n Í m a g n e t i c k ý c hm o m e n t ů (antiferomagf e r i t e c h s e j e d n o t l i v é a t o m o v ém a g n e t í c k ém o m e n t yn a v e n e k r u š í ř 1 2 *= z n 2 t n e b o c d 2 * ) z a t Í m c ov c e l é ř a d ě j i n ý c h f e r i t ů netické ferity,
- 111 -
o b I a s t 1 ( d o m é n y )s e s p o n t á n n í m ( s a m o v o 1 n ý m ) m a g n e t i c k ý m m o m e n t e m .P o d o b n ě j a k o u k o v o v ý c h f e r o m a g n e t Í k c l o c h á z í z d e p o ó vlivem rnagnetického pole ke změnámv rozIoŽení domén, coŽ se navenek proje( ferimagnetických)
existujÍ
vuje magnetizační křivkou Ferity
smyčkou. odpor jednotky až
a hysterezní
mají měrný e1ektrický
to-7 í) m železo má měrný e}ektrický odpor řádově jsou proto ve feritech nepatrné. To umoŽňuje jejich v e n Č n Ít e c h n i c e .
104 í2 m,
kdeŽto např
vířivými
lfiáty
proudy
použití ve vysokofrek-
V dané Úloze proměřuJeme v1astnost1 feritů
pouze při
sÍto-
50 Hz
vé frekvemci
j s o u f e r i t y m a n g a n a t o z i n e č n a t é( M 2 * = M n 2 * + * znZ* ) nebo ni'keInatozinečnaté ( M2* = Ni2* * 7.n2*), KrouŽky č. I a II je tzv. perminvarový ferit. p a t ř í k p r v n í m u u v e d e n é m ut y p u . K r o u Ž e k č . I I I BěŽně uŽÍvanéferity
VyznaČuje se tím, Že nrá ve velkém rozsahu magnetických polí permeabil1tu p€rmeabi1ita konstantnÍ (perminvar: invariantnÍ). Co do sIožení je to nikelnatý
s přídavkem kobaltu
ferit
(M2* = Ni2* * co2* ).
V 1 a s t n Í f e r i t o v o u h m o t u m ů Ž e m eu k r o u Ž k ů , č . I a I I Feritové krouŽky jsou poměrně křehké keramické materiály,
vidět
nezL závít.y.
zacházíme s nimi
proto opatrně. Hvsterezn Í smVčka H y s t e r e z n í s m y č k o un a z ý v á n e z á v i s 1 o s t i{
při
cyk1ickém přemagnetovánÍ mezÍ poIi
odpovídá určitá
v tomto poIi
indukce *Hm
dosažená indukce
" B'
B -H* (a
n a m a 9 n e t i c k é mp o 1 i (a -H') Poti H' -B').
Podle rozvinutÍ hyst e r e z n Í s m y č k y( t j . p o d l e v e l i k o s t i p o l e H , o) r o i z e z n á u á n et ř Í z á k 1 a d n í t y p y
I A m - tI
q H m z.
Br., a Bmz Obr. la
h y s t e r e z n í c h s m y č e kz n á z o t něnév obr ' la aŽ lc. 1a) Hysterezní smyčka s e r e d u k u j e n a ú s e č k u .P I o c h a s m y č k yj e n u l o v á , n e existující hystereznÍ ztrát y . T e n t o t v a r ' . s m y č k y s. 'e p o z o r u j e , u p I a t . ň u j Í - 1 is e pouze vratné změnyv domé*truktuře) nách (doménové m a g í e t i k a . U b ě ž n ý c hm a t e riá1ů nastává tento jev ve velmi slabých po1Ích, takŽe se obtÍŽněstuduje. V poměr-
n ě v e l k é m r o z s a h u p o l Í 1 z e h o v š a k p o z o r o V a t u p e r m i n v a r o v ý c hm a t e r i á 1 ů ' k d e představuje
právě ob1ast konstantnÍ permeabil itv.
-Ltz-
lb} Hysterezní smyčkasestává ze dvou větví, JeŽ se dajÍ velmÍ dobře a p r o x i m o v a t p a r a b o I i c k ý m i o b 1 c . . r k y .T e n t o t v a r s m y č k y s e n a z ý v á f l a y 1 e r g h ů v , příslušriá oblast
polí a indukcí je
tzv.
5e na rozdÍI od násIedu3Ícího přÍpadu
Rayleighova ob1ast. V této oblasti l'c) nedosahuje magnetického nasycenÍ vzorku.
RayIeighův tvar
hysterezní smyčkyje typický v oboru polÍ,
v němŽ se
kromě vratných magnetizačních dějů začínajÍ up1atriovat nevratné magnetizaČní děje. lc)
Jde o hysterezní
; m y Č k un o r m á l n í h o t v a r u .
[Am-rJ
Zřetelně
se projevuje
ten-
dence magnetického nasycor ání vzorku, tj . pozorujeme prakt1cky konstantní induk-
86,
(
86,
cj. v ne3silnějších
apliko-
v a n y c h p o 1Í c h' P ř i
tomto
tvaru smyčkyse plně upIatňuj í nevratné magnet1zační děje.
0br
lb
id) Je znázorněn zúŽ e n ý ( , . z a Š k r c e r r ý ' ' )t v a r hystereznÍ smyČky.Vyskytuje se u perminvaroVých materiáIů ti
: při
v RayIeighově oblaspřechodu ke smyčce
normálnÍho tvaru . t . | ao b r .
lb)
jsou zakresleny s ÍI y
H"
aŽ
ld)
koercitivnÍ
V př Ípadě podle
la ) 3e koercitivnÍ ia nu1ová.
obr.
sÍ-
Vzorky ve tvaru krouŽků mají tu výhodu, Že se v nich magnetÍcký tok zcela uzavÍrá a není třeba brát v počet demagnetizační účinek volných konců vzorku. P . r i m á r n í ( m a g n e t i z a č n í) v i nutÍ je roz1oženo pokud moŽno rovnoměrně po ce1ém
0br
1c
obvodu kroužku, aby se do-
rr3 -
sáhIo co nejhomogennějšího magnetického poIe.
indukč-
nÍ tok Vzorkem je moŽno snÍmat něko}iká má1o sekundárnÍmi záv íty ' naVinutými na jednom místě obvodu vzorku. Princio
měření
[2]
Na primárnÍ vinutí krouŽku ( n' závítŮ) přivedeme střidavý proud
magnetízaČní
M a g n e ti c k é p o J . e
i
v k r o u Ž k u p o Č í t á m es v y h o V Uj í . p í p ř e s n o s t Í p o d I e vzorce
nr t
H
0br
grd dr * d2
ld
2 kde
dt
^
d2
průměr krouŽku. €Ígná1
jsou vnější a vnitřnÍ
Úměrný magnetj.-
z a č n Í m up r o u d u p ř i v á d í m e n a h o r i z o n t á l n í d e s t i Č k y o s c i l o s k o p u . V s e k u n d á r n í m v i n u t i ( n z z á v i t ů ) s e i n d u k u j e n a p ě t í ú m ě r n éč a s o v é z m ě n ě i n d u k c e d B l d t 1ntegracÍ napětí na sekundárním vinutí který
přivádíme na vertiká1nÍ
B ' Na stÍnÍtku osci1oskopu
zÍskáme signál
destičky osci}oskopu.
úměrnýindukci
pak pozorujeme obraz hystereznÍ smyčky. ZapoienÍ úlohv a vlastní
měření
[ 2l
měření hysterezních smyčekuŽíváme zapojení podle obr. 2a, Sekun'tIN't (7dířka',5'' dární vinutÍ prstenu zapojujeme na integrátor do zdířky | | R l la | l L | | s ] . o u Ž í k e j e u r č e n a p r o p ř Í v o d k o m p e n z a č n Í h on a p ě t Í , k n o f I í k y kompenzaci parazitních signáIů při měření na maIých vzorcích. V praktiku ''0UT'' za|'S|l knof }íky ,'R'. a ''L.. nepouŽíváme). Vývod ze zdítky zdÍřky , l UŽívámecitIivosti 0PD 605 pojujeme na vertiká1ní vstup osciloskopu Při
na integrátoru,
výstup z integrátoru
zapojíme na kaná1
]
osciIoskopu,
1,5 mV/cm pro všechny krouŽky. kaná1u nastavíme 100 á 4 , na tento kanál X (dole na osciloskopu) nastavÍme na kanál Volič přivádíme výstup z CÍt1ivostÍ tohoto kaná1u ,vo1ímerůzně podIe 2,? 57 citl ivost
kroužku:
krouŽek I krouŽek II krouŽek III
: stuoňová cÍtIivost : stuoňová cit1ivost : stupňová cit1ivost
na maximum,
t00 á 100 a
2 mV/cm, spojitá
n a m a x i m u m'
100 a
7 mV/cm, spojÍtá
téměř na. maximu
-r34-
1,5 mV/cm, spojitá
U stupňových regu1átorů cÍt1'ivostr je vnodné překontro1ovat správnost
ťd
nastavenÍ krajních
otU
>o
po1oh.
P ř e d v l a s t n Í m m ě ř e n Í ms e p ř e svědčíme, zóa se hyetereznÍ smyčka při
plném rozvinutÍ
vejde na obrazov-
k u . P o t c i n s n Í ž í m ep a g n e t : - z a Č n íp r o u d n a m i n i m u m a p ř Í n á s I e d n é mp o s t u p n é m z v y Š o v á n Ím a g n e t i z a č n í h o p r o u d u p l n Í nrebody la ,b pracovnÍho Úko1u. Jas stopy na obrazavCe volíme podle ve1ikosti
obrazu hysterezní
smyčky. Konektory v integrátoru a osciloskopu ponecháváme i po skončení Ú1ohy zasunuté. 0báme, abychomnepřetÍŽili primárnÍ..,inutí kroužků I a II Vhodnérozsahy magnetizačn{ch
c{
proudŮ jsou pro jednot}ivé krouŽky !
tyto
I
krouŽek I
: asi
5
aŽ
krouŽek II
: 3Si
}0
aŽ
krouŽek I l 1 : a5i
]00
aŽ
KaIibrace Při
pro horizontálnÍ
l50 mA ' 250 mA ' l200 mA osu
maximálnÍmmagnetizaČnÍm
proudu změříme na stÍnÍtku horizontálnÍ rozměr hysterezní smyČky (od -Hm do *H* ). Ze čtení na mi-
FI
,19
liampérmetru, rozměrů krouŽku a poČtu primárních závitů zjistÍme, jaká in-
OO CL CL
po1e tomuto rczměru smyčky odpovídá. 0statní intenzity potÍ jsou tenzita
ll
(V) t\
p a k ú m ě r n éd é t k á m ( ú s e č k á m )m ě ř e n ý m na horizontální ose. ProtoŽe mi1iam-
ó-
pérmetr udává efektivnÍ
hodnoty, mu-
sÍme čtení proudu násobit Uvedený postup je nutný při
určovánÍ koercitivní
sÍ1y
H"
f7 Po1e
H'
m ů Ž e m et é Ž u r č o v a t p ř í m o z m a g n e t i z a č n Í h o p r o u d u ' Ka1ibrace pro vertÍkální
osu
Vstup na hor1zontáIní destičky osS e s t a v í m ez a p o j e n í p o d l e o b r ' 2 b c Í 1 o s k o p uv y p o j í m e , p o p ř ' v s t u p n a t y t o d e s t i č k y p r o p o j Í m en a k r á t k o ;
-Lrr-
odp.dekódo
vert. osb.
trofo 1 7V , 5 0
0br
?h
destičkách ponechámestejné jako při dě1iče napětí, obr. 2b, přivedeme signá1
na vertikálnÍch
nastavení citlivosti
měření na krouŽcÍch (nutné l).Z na integrátor (vhodné je nastavení dě1iče řádově
l:1000,
tj.na
odporo-
objevÍ svisIá úsečka vé dekádě řádově kíl ). Na stínÍtku osciloskopu se tak; Že 3e M ě n ě n í mo d p o r u d e k á d y n a s t a v Í m e t u t o d é 1 k u n e j v h o d n ě j i détky y s m yčekpři hysterezních roVna vertiká}pímu rozměru některé z proměřovaných -Bm a +B' ) ' Při maximálnÍmrozvrnutí (tj. vertikáInÍ vzdáIenosti mezi napětím se varujeme přet íŽení vstupu rntegrátoru nepřiměřeným kalibraci na odporové dekádě místo kQ ). (např. nastavenÍm jednotek í) 2b, které 0 z n a Č m e U e f e f e k t i v n í n a p ě t í n a o d p o r o v é mn o r m á 1 u v o b r . integrátoru máme u r č Í m ez ú d a 3 e v o 1 t m e t r u V a o d p o r ů v d ě 1 i č i . N a v s t u p u napětí úměrné pak střídavé napětÍ U"f {7 sÍnc..'t , na výstupu integrátoru (
-Uef
výstupu
{'
IL
/ q) l
lt\,
Délka úsečky
CoScrrt
integrátoru,
y
je
Úměrná maximáInímu napětÍ
na
tedy
u"t F
(t)
Q,)
k
kde hodnota konstanty
závisí
n a c e ] ' k o v é n a p ě Ť o v éc i t I i v o s t i
integrátoru
a o 5 c i 1 o s k o p u v d a n é mz a p o j e n Í ' je B(t) I n d u k č n Í t o k k r o u Ž k e m p ř i č a s o v ě p r o m ě n n éi n d u k c i = Sn2 B(t) , kde S značÍ průřez krouŽku počítaný z vnějšího l rtl (d2) průměrukrouŽku a výšky krouŽku v pod1e Vzorce a vnitřního
(dI)
+(dr-d2)v U = -do /at N a v s t u p u i n t e g r á t o r u m á m ev z a p o j e n í p o d l e o b r ' 2 a n a p ě t í předchozÍm a n a V ý s t u p u i n t e g r á t o r u n a p ě t í ú m ě r n éS n ' B ( t ) . V s o u h 1 a s e s zobtazené v ý k 1 a d e md o s t á v á m e p a k p r o v e r t i k á I n í r o z m ě r y h y s t e r e z n í s m y č k y na stínítku osci1oskopu Vzorec (2)
k Sn, B,n t
Porovnáním ( 1) a (2) vychází R
uef {T m
a)
Sn2
-136-
T Í mz í s k á v á m ej e d n u č í s e l n o u h o d n o t u i n d u k c e ' 0 s t a t n Í h o d n o t y í n d u k c e j s o u t é t o h o d n o t ě i n d u k c e ú m ě r n ép o d 1 e r e 1 a t i v n í v e 1 i k o s t i o b r á z k u h y s t e r e z n í s m y č k yn a s t Í n í t k u o s c i l o s k o p u . V t é t o ú I o z e z v l á š t d ů s l e d n ě d b á m en a u Ž í v á n í j e d n o t e k s o u s t a v y S I , j i n a k . d o s t á v á m e m a g n e t i c k o ui n d u k c i ř á d o v ě z c e l a c h y b n ě ' P o t ř e b n é ú d a j e o k r o u Ž c í c h j s o u u v e d e n y n a p r a c o v n Í ms t o l e . Li teratura t t ]
Krupička S.:
Fyzika
a příbuzných magnetických kys1ičníků,
feritů
Academia, Praha 1969 BroŽ J.
tz l
a ko1.:
Záktady fyzikáInÍch Čl' '.I',.2,
22.
měření I,
5'l.6.]'
, St.
SPN, Praha 198],
5.,.4
MEŘENÍ T€PL0TNÍH0 rnůaĚHu MAGNETICKÉ P0LARIZACE
Pracovní Úko1 i.
U vzorku nikelnatozinečnatého feritu
změřte v oboru tepIot
do Curieovy tepIoty při
klesajícÍ tep1otě závis1ost
nÍ indukce
100o C maximál-
B,n na teplotě. aparaturu pomocí střÍdavého napětÍ znáné veIikosti'.
?. 0kaIibrujte
' ' Tabelárně i graficky na tepIotě
stoupajícÍ i
od
zpracujte
a určete Curieovu
závislost
magnetické polarizace
vzorku
tep1otu vzorku.
4. Podle empirÍckéhovzorce pro závislost
Curieovy
tepIoty na sIoŽenÍ
vzorku odvoóte chemickÝ vzorec ferÍtu' V t é t o Ú l o z e s e s e z n á m Í m es k o n k r é t n í m p r ů b ě h e m t e p I o t n í z á v i s 1 o s t i magnetické poIarizace
a pokIesem polarizace
na nu1ovou hodnotu při
dosaŽenÍ
Poznáme jeden ze způsobŮ určování Curieovy teploty, která patřÍ k základním charakteristikám magnetického stavu studovaných materiáIů ( s r o v . s ú I o h o u 2 1) . Curieovy teploty.
Curieova teplota Při netických,
Curieově tepIotě
zanlká
ferimagnetických aj'
spontánní magnetický moment Iátek
Projevuje
v l a s t n o s t í a p o k l e s e m m a g n e t 1 c k ép o l a r i z a c e prakticky
se to zejména ztrátou a susceptibi1ity
nulové hodnoty. V současnosti jsou známy Iátky tou od jednotek ( až asi do to) x
- Lr't -
feromag-
hysterezních
na velmi nízké,
s Curieovou tep1o-
5tudovaný vzorek je nike1natozinečnatý ferit s obecným vzorcem Se stoupajÍcím obsahem Zn ve feritu Curieova tepIota Nil-,. Zn,. F"2 oq pratí pro Curieovu k1esá. Pod1e empirických dat' uvedených V [ 2, str . 207 ] oC v ob1asti s1oŽení T" nikeInatozinečnatého feritu měřenou ve teplotu gS
x
=
vztah
0,85
520x - 200x2
585
/r
\
\'t'/
zmÍniIi v prvnÍm odstavci návodu k úIoze ?I ) informace opakovat (víz téŽ lit. Il]
jsme se již
0 feritech N e b u d e m ez d e t y t o
základní
U r Č e r r Ít e o l o t n Í h o
růběhu ma
t ické
olari zace a Curieov
teolot
Vzorek ve tvaru krouŽku magnetujemestřÍdavým proudem síŤové frekvennace (50 Hz) v primárním vinutÍ. V sekundárnÍm vinutí krouŽku se indukuje = n 2 5 B { p ě t Í d a n é Č a s o v o u z m ě n o u i n d u k Č n Í h ot o k u d Q / d t . r J e I i k o Ž = průřez krouŽku, B = magnetická indukce (n2 počet sekundárnÍch závitů,5 i n d u k o v a n é n a p ě t Í Ú m ě r n é Č a s o v éz m ě n ě i n d u k c e . I n t e g r a c í t o h o na průběhu magnetizačnÍhoprouclu to naoětÍ zÍskáváme indukci v závislosti n a m a g n e t i c k é m p o l i p ů s o b Í c í mv e V z o r k U . v čase, tj. téŽ u závislosti
krouŽku), je
n a p ě t í ú m ě r n ém a g n e t i z á č n Í m u integrované napětÍ ze sekundárního vinutí, pozorujeme proudu a na Y-vstup Is Íz. Tt { na stínÍtku obraz hystereznÍ smyčky. S rostoucí teplotou dosaŽená při určitém zvo1eném (obr. l ) se sniŽuje maximálnÍ indukce B' m a g n e t i z a č n Í mp r o u d u ( m a g n e t i c k é m p o 1 i ) , h y s t e r e z n í s m y č k a s e c e 1 k o v ě z m e n X-vstup
Přivedeme-l i na
Šuje, její IZ
ve vodorovnou úsečku. Stav těsně Curieově teplotě a nad ní ukazují v obr.1
p1ocha k1esá aŽ smyčkapřejde
pod Curieovou teplotou, teploty
osciIoskopu
.
při
Ij
Bp(T1)
T1
T2 0br.
- 118 -
T3
Volíme-Ií magnetizační proud dostatečně si1ný,
abY docházeIo k tech.
nickému nasycenÍ vzorku, magnetická polarizace
v š e c h d o m é nm Í ř í v e s m ě r u je pak dána součtem Pozorovaná indukce B'
působícího magnetického pole. magnetické polarizace a indukce
Bo
8,n kde
H*
domén J
(tzv.
spontánní magnetícképo1ari zace)
magnetického po1e' v krouŽku. Platí
Bo
J*Bo
(2)
Po Ht
j e m a g n e t i c k é p o l e o d p o v í d a j í c Íš p i č k o v éh o d n o t ě m a g n e t i z a č n Í h o
p e r m e a b i l i t a v a k u a . Z m ě ř í m e - 1 it e p l o t n Í p r ů b ě h B m ( T ) , m ů Ž e po " m e p o d l e ( 2 ) u r Č i t t e p l o t n Í p r ů b ě h ( s p o n t á n n Í ) m a g n e t i c k ép o l a r i z a c e J (I). ZávisIost J (T) proudu
je schématicky znázotněna v obr.2 zace klesá teplotou a při T"
Po1ari-
s rostoucÍ
nejprve zvolna
Curieově tep1otě
poklesne teoreticky
velmi prudce na nulu (znázorněno Čárkovaně). Ve skuteČnosti tat,o závislost vykazuje výběžek (p1ně vytaŽený), který
Obr. 2
se jen zvolna
b1íŽÍ k nule.
Tento vý-
běŽek je působen nehom o g e n i t a m i v y s k y t u j Í c í m i s e v k a ž d é mr e á l n é m m a t e r i á } u . určujeme extrapolacÍ prudce klesajÍcí J = 0 tesla.
částí závisIostÍ
T" Curieovu teplotu J (T) do hodnoty
Těsně pod Curieovou tepIotou 5e magnetÍcká polarizace d' ( T" - T )
JN
O)
je konstanta ÚměrnostÍ a pro exponent ního pole a klasické termodynamiky n = 2 [l, kde
d,
teorie
řídÍ zákonem
n
pIyne z mode1umo1eku].árstr.
92 a'106].
Dokonalejší
i experimenty dávajÍ pro
n hodnoty v okolí 2 f o, str. 4]l ]. V n a š e mp ř Í p a d ě v y h o v u j e v d o s t a t e č n ě v e 1 k é m( n e v š a k c e l é m p r o m ě ř o v a n é m ) oboru teplot novenÍ
T"
exponent
n = 2,)4
jako tepIoty,
při
níŽ
V z t a h u ( ] ) m ů Ž e m et e d y t é Ž p o u Ž í t p r o s t a J
poklesne na nuIu.
V1astnÍměření a kalibrace aparaturv U s p o ř á d á n í p o k u s u j e s c h é m a t i c k yz n á z o r n ě n o v o b r . ] Železná nádobka u m o Ž ň u j ed o b r ý p ř e s t u p t e p 1 a z o I e j o v é L á z n é a s o u č a s n ěd o s t a t e č n ě s t Í n í m ě ř e n ý v z o r e k p r o t Í r u š i v ý m m a g n e t i c k ý mp o 1 Í m .
-Lrg-
p on o r n ý Voř ič
t e pt o m ě r písek
ž et e z n ó n ó d ob k o ole durolovó nódobo
tepetnó i z o l o ce vzorek m í c h o dl o
o h ří v o č
0br
trofo 22016,3 50 Hz
vstup osc
X vstup osc. 0br U ž Í v á m eo h ř Í v a č e
MM 1
s m Í c h a č k o u ,p o n o r n ý v a ř i č s 1 o u Ž í k r y c h 1 e j š í t00o I Je-}i o1ejov á )'ázeň zahřátá z předchozÍho praktika, je pouŽití ponorného vařiče zbytečné. Pro obor tep1ot od 100o C do Curieo v y t e p 1 o t y s t a č í v d a n é mu s p o ř á d á n í samotný ohřÍvaČ MM 1 S c h é m az a p o j e n í u k á z u j e o b r . 4 Miliampérmeterem nastavÍme magnetizačnÍ proud, jehož vhodná hodnota je 150 mA Magnetické pole H v kroužku počÍtámes vyhovující přesností pod1e Vzorce [ 5, č1. 5 ' 1.6 ' 1 ] mu dosažení
- 140 -
nr I
:,
fl
+ d.
d,
-LL
.TE d
(4)
2
je počet primárnÍch závitů,
d2 vnějšÍ a vnitĎní průměr dl " m a g n e t i z a Č n Íp r o u d . J e I i k o Ž m i l i a m p é r m e t r u k a z u j e e f e k t i v n í Napětí h o d n o t y , m u s í m ep r o v ý p o č e t H . č t e n o u h o d n o t u p r o u d u z n á s o b i t TE p ř í m o pro X-vstup osci1oskopu odebÍráme z r e o s t a t u u Ž Í v a n é h ok r e g u l a c i nl
kde
i
krouŽku a
m a g n e t i z a č n í h op r o u d u . je popsáno v návodu k ÚIoze č. 2I
PouŽitÍ integrátoru
použitÍ osci1oskopu 0PD 280 U nastavíme přepÍnač funkce časové ''H0R. AMPL.'' Vý;tup z integrátoru přivedeme na 1ibozákladny do potohy Při
stopy z ostatnÍch vertikálních
voIný vert1ká1ní vstup osciIokopu,
V y s u n e m em i m o s t Í n Í t k o ' J e v ý h o d n é u z e m n i t o s c i l o s k o p
vstupů
zv1áštním kabelem.
před zaa polohy nastavíme tak, abY krátce Regulační knofIÍky citlivosti Č á t k e mm ě ř e n í ( t j ' p ř Í d o s a Ž e n í 9 0 - 9 5 o C ) o b r a z h y s t e r e z n Í s m y č k y p o k r ý S nastavenou citlivostÍ
stÍnítka osciloskopu.
val celý rastr
dá].e nemanipu-
Konektory ponechávámev integrátoru
lujeme aŽ do skončení kalibrace.
a osci-
l o s k o p u z a s u n u t é i p o s k o n č e n é mm ě ř e n Í . 0d
výše s1edujeme vizuá1ně změny tvaru hysterezní smyčkya
100o C
k jednotlivým teplotám zapisujeme vertikálnÍ
r o z m ě r h y s t e r e z n í s m y č k y' t j .
V e r t i k á l n í m p o s u v e m o b r a z h y s t e r e z n í s m y č k yn a s t í n í t k u v h o d n ě u m í s Ť u j e m e( n a p ř . t a k , a b y b o d - B m p ř i p a d 1 n a c e l ý d Í l e k s t u p n i c e , k v ů 1 i s n a d n ě j š Í m uč t e n í ) . D o p o r u č u j e s e m ě ř i . t d o l 4 0 o C p o 5 o C , veličinu
do
úměrnou 2B*
1600 C
po
a nad
20 C
1600 C
po
10 C
Po dosaŽení Curieovy teploty
v y p í n á m e o h ř Í v a č , m í c h a č k uv š a k p o n e c h á v á m e v c h o d u . T e p I o t a s e t r v a č n o s t Í ještě poněkud stoupne (asÍ o 5o c) a pak zvofna k1esá. Měření opakujeme při
týchŽ teptotách
zejí
hodnoty
jako při
rostoucí tep1otě. Při
Bn.' systematicky
vyšší neŽ při
sobeno tím, Že v uspořádání podle obr.] neŽ tep1oměr, při
hřívá poněkud rychleji
kde se magnetická polarizace
e1iminujeme tím, Že z měřenÍ při aritmetický
si
jej
Průřez vzorku krouŽku
v
Je to způ-
se vzorek za-
k1esajÍcÍ tep1otě vzorek chladne
s teplotou
veImi rych1e mění' RozdÍ1y
stoupajÍcí a k1esající
tep1otě bereme
provádíme v zapojení podle obr. 2b u ú1ohy ka1ibraci je naprosto stejný a proto jej neopakujeme.
integrátoru
Postup při
Prostudujte
teplotě
střed.
KaIibraci č. 2L
stoupajÍcÍ tep1otě. stoupající
vychá-
než tep1oměr. Rozdí1y jsou nejvýraznější těsně pod Curieovou
poněkud rychleji teplotou,
při
k1esajÍcí teplotě
v citovaném návodu k úI. č. 2I S
p o č í t á m e z t o z d í l u p r ů m ě r ůk r o u Ž k u
dt
, d?
a výšky
oodIe Vzorce 1 -'7tL
( dl
- d2 )
(5)
Praktické pokvnv I h n e d n a z a č á t k u p r a k t i k a s p o u š tí m e o s c i I o s o p ( z a d o z o r u v y u č u j Í c Í h o ) D á I e z o b r a z Í m en a s t Í n í t k u h v s t e r e z n í s m y č k u . V y c h á z Í - I i h y s t e r e z n í s m y č k a
- 141
přezrcadlově převrácená vůči vertiká1nÍ ose, neŽ znázorňuje obr.l , stačÍ p ó l o v a t p ř í v o d y m a g n e t Í z a č n í h op r o u d u n e b o p ř í v o d y n a v s t u p k Í n t e g r á t o r u ( p r o v 1 a s t n Í m ě ř e n í j e o v š e m p o s t a v e n í s m y č k y -n e p o d s t a t n é ) ' S e z n á m í m es e d o konaIe s ovIádacÍmi prvky oscÍIoskopu, abychom během měřenÍ nepohnu1i s naPracujeme s co největší ostrostí stopy. Z a h ř Í v á n Í v z o r k u : s p u s t í m e m í c h a č k u( 5 0 0 o t . , z ů s t á v á v c h o d u p o c e l é olejová Lázeň Vychlazena na pokojovou praktÍkum), zapojíme ohřÍvaČ, a je-li staveqÍm cítlivosti.
z a p í n á m e t é ž p o n o r n ý v a ř i č . P ř Í k o n v a ř i č e m ů Ž e m en a s t a v i t r e g u l á t o r e m v ý k o n u p r a c u j í c Í m s p o 1 o v o d i č o v ý mp r v k e m t r i a k e m . R e g u I á t o r n a s t a v u j e 80o c ponorný vařič na. |/2 aŽ ,/4 , při dosaŽení teploty me do polohy trvalo vypoJÍme ze sÍtě. DaIšÍ postup byl popsán výŠe. CeIý cyklus trvá asi teplotu,
zacházíme opatrně (např. přepojujeme-li na ka] ' i b r a c i ) , p ř i p ř e v r h n u t í n á d o b y j e n e b e z p e č Íp o p á l e n Í h o r k ý m o l e j e m ! ! ! Stupnici teploměru lze Číst asi od 80o C výše. Iep1oměr je ve vnitř. nÍ nádobce utěsněn, nelze ho jednoduše vyjmout a proto s nÍm nemanipulujeneI 0 b r a z h y s t e r e z n Í s m y Č k ys e n a s t Í n í t k u j e m n ě c h v ě j e . J e v j e z p ů s o b e n l
l/4
hod' S olejovou
láznÍ
n e Ú p 1 n ý m o d s t í n ě n í m m a g n e t Í c k é h op o l e m Í c h a č k y . Při kalibract dbáme na to, abychom vstup integrátoru
nepřetížíli
tÍm, Že bychom na odporové dekádě nastaviii na nuIu). I Í Šn Í z k ý o d p o r n e b o d o k o n c e o d p o r d e k á d y v y ř a d i l i
přiměřeným napětÍm (např.
nepřÍ-
Potřebné Úda.ie o krouŽku r ' n ě 3 šÍ p r ů m ě r k r o u Ž k u l,nitřní
I
průměr krouŽku
vÝška krouŽku n,
počet primárnÍch závitů
I
poČet sekundárních závÍtů
I
10,00 mm 6,05 mm 4,10 mm t0
zo
zpracovánÍ výsledků uŽÍvámedůsledně základnÍch jednotek soustavy chybně | 3inak dostáváme magnetickou po1arizaci řádově zcela
Při
L.iteratura ti]
Fyzika
KrupiČka S.
feritů
a přÍbuzných magnetických kysIičnÍkŮ,
Academia, Praha L969 |'Jijn H.P.J.
lZ)
Smit J.,
tl]
Šternberk J.
Techn. Libr., Eindhoven 1959 Philips' : Ferrites, Moskva 1962 Izd. inostr. }it., Ruský překIad
Úvod do magnetizmu pevných 1átek I
,
Skriptum, SPN, Praha 1979 t , . r]
Vonsovskij
i:]
BroŽ J.
S.V.:
a kol.:
Magnetizm. Nauka, Moskva 1971 Zák}ady fyzikálních
I42 -
měření I
, sPN, Praha 198)
MĚŘENÍ
?).
INTENZITY
S0.U0sÝCH
MAGNETIcKÉH0
KRUH0VÝcH
P0LE
cÍvrx
Pracovní ÚkoI 1' Změřte prŮběh intenzity
magnetického po1e na ose souosých kruhových mag-
netizačních cívek a) v zapojenÍ s nesouhlasným směremmagnetizačního proudu při tech cívek
12, 16
a
vzdáIenos-
20 cm,
b) v zapojení se souhlasným směremmagnetizačního proudu při
týchŽ vzdá-
lenostech c ívek 2. Změřte intenzitu
magnetického po1e na ose upro5třed mezi souosými kruho-
v ý m i m a g n e t i z a č n Í m i c í v k a m i v z a p o j e n Í s e s o u h 1 a s n ý m s m ě r e m m a g n e ti z a č p r o m ě n n év z á j e m n é v z d á I e n o s t i c Í v e k 7 a Ž 2 0 c m
ního proudu při ).
Přesvědčte se, Že při
Helmholtzově poIoze magnetizačnÍch cÍvek v zapojen í s e s o u h 1 a 5 n ý ms m ě r e m m a g n e t i z a č n í h o p r o u d u 3 e p o 1 e n a o s e c í v e k v ' rámci moŽnosti homogenní. Pro tento případ stanovte experimentálně
kons-
tantu Úměrnosti mezi intenzitou magnetického pole cÍvek a napětím indukovaným na detekČnÍcÍvce a porovnejte ji s teoretÍckou hodnotou. 4. Experimentá1nÍ výsledky podle bodů 1 - , porovnejte s teoretickými výpočty. Veškeré výs1edky zpracujte tabe1árně a graficky. K dispozicÍ je počítač PMD 85 s příslušným programema grafická jednotka.
kruhových cívek se uŽÍvá v přÍpadě, kdy prostor s magnetic.5ouosých kým polem má být dottře přÍstupný. Přítom intenzita poIe na ose cívek i gradient po1e jsou přesně spočítatelné (na rozdÍ1 od e1ektromagnetu) a při tzv.
He1mho}tzověuspořádánÍ cÍvek prakticky
dá zvýšit krátkodobými opakovanýrnisilnými
konstantní.
Intenzita
proudovými pu1sy (tzv.
t e c h n i k a m a g n e t o v á n Í) n e b o u Ž i t Í m s u p r a v o d i v é h o v i n u t í
po1e se puIsní
cívek (moŽnost velmÍ
s1lných magnetizačních proudů). V této ÚIoze experimentá1ně ověříme teoretické vztahy pro intenzitu m a g n e t i c k é h o p o I e s o u o s ý c h k r u h o v ý c h c Í v e k a s e z n á n r f m es e s m e t o d o u m ě ř e n í intenzity magnetického poIe při pouŽitÍ peri'odických změn po1e (srov. s Ú I o h o u 2 0 ) . U v ě d o m Í m es i
v ý h o d u p o č í t a č o v é h oz p r a c o v á n í v ý s 1 e d k ů , b e z n ě h o Ž
b y n e b y l o m o Ž n éú 1 o h u v p r a k t i k u
zvIádnout,
ačko1i se užÍvá eIemetárnÍch
matematických vztahŮ.
ZákIadnÍ vztahv Intenzita od středu
H magnetického po1e na ose kruhové cívky ve vzdá1enosti c í v k y j e d á n a z n á m ý mv z o r c e m ( v i z t t ] t z ] [ l ] )
fl=
NIR2
2(Rz*xz)'/2
- 141 -
'
x
kde
R
je střední
po1oměr cívky,
počet jejích
N závitů a I procházejícÍ cívkou (obr. l).
proud
pok1ádáme, Že rozměry vinutÍ
p, q
Před-
j s o u v e 1 m i m a 1 év ů č i p o 1 o m ě r u R
( p , e << R ).. Jsou-Ii
dvě stejné takové
cÍvky protékané stejným proudem I u m Í s t ě n y n a s p o 1 . e č n éo s e a v z d á l e nost středů cívek je dle principu zitu
poIe
H
2a ' mámeposuperpozice pro intenna ose cívek ve vzdá-
x od střední polohy mezi cÍvkami (obr.2) vztah (vi: ['r ] ). leností
0br.
NrR' 2|.
I I n 2 * ( a * x ) z) ) / 2
In2 * (a-x)z)'/2
, Í ) )
í1)
0br Z n a m é n k o + z d e p 1 a t Í , p r o c h á z í - 1 i p r o u d c í v k a m i v s o u h I a s n é ms m ě r u, z n a _ ménko p r o c h á z í - I i p r o u d c í v k a m i v n e s o u h 1 a s n é m( o p a č n é m )s m ě r u . V t o m t o d r u h é mp ř í p a d ě j e j ' n t e n z i t a p o I e u p r o s t ř e d m e z i c Í v k a m i ( x = 0 ) v ž d y n u I o v á . Lze ukázat Io] , Že při proudu procházejÍcím cÍvkami souh1asnýmsměrem dosáhne se nej1epší homogenity pole, je-1i 2a = R CÍvky v tomto uspořádánÍ se nazývají HeImho1tzovy. Uprostřed mezi cívkami (x = 0) dostáváme v tomto přÍpadě podle (l) (viz téŽ [:] l 8
515
NI
0 , 7r 5 5
NI p
/^\
\z)
c Í v k a r y iv H e 1 m h o l t z o v ěu s p o ř á d á n Í p r o u d v n e s o u h 1 a s n é m s m ě r u , m á i n t e n z i t a m a g n e t i c k é h op o J . e n a o s g c í v e k p r a k t i c k y k o n s t a n t n Í g r a ProcházÍ-1i
dient
(OH / Ox
=
konst.) .
- r44
Ve všech uvedených případech n í ů ž e mme í s t o s i n t e n z i t o u m a g n e t i c H počítat s indukcí kého pole
lt
c
)O JO OJ
6.: tto
c .o
o
ctl
o
c
PouŽijeme.li v cÍvkách sinusového střÍdavého proudu, mohoumít H a i n t e n z i t a m a g n e t í c k é h op o l e
o .9
L
E
$ = ťo H vakua) '
magnetického pole 1 ťo = permeabilita
9). =J
ve vzorcích magnetizační proud I (1) a (2) význam okamŽitých hodnot
fr.: EC'
n e b o m a x i m á 1 n Í c hh o d n o t ( a m p l i t u d Ho, Io ) nebo efektivních
( Ho/17 , Ío/v ).
hodnot
Pro sinusový střÍdavý proud m á m ep ř i o b v y k l é m p o u Ž i t Í z n a k ů obdobně pro intenzi. tu magnetickéhopo1e buzenéhotÍmto H = Ho sin r^rt proudem pIatí I = Io sincrrt;
Má-ti
detekční cÍvka umístěná
n a o s e m e z i m a g n e t i z a č n Í m ic Í v k a m i (obr. ]) n závitů a střednÍ p1ocha 5 , prozávitů detekční cívky je c h á z Íj Í i n d u k č n Í t o k
-t
r
I I I
+= n S p o H
.-l
n S ťo Ho sin
I
ol c\l
er
I I
I 9\ I I oo I F
I I I I
I -ol I ';l
I I
il-
I
indukované na de-
=
- dÓ
/ at
- (tn
Slo
Ho cos cr.rt
Konstanta úměrnosti k mezi intenz i t o u m a g n e t i c k é h op o 1 e a n a p ě t Í m i n d u k o v a n ý mn a d e t e k č n Íc í v c e j e p a k
I
.i o
U
c r . rt
tekčnÍ cívce dostáváme
I I
I
I
a pro napětí
II
t-
=
I
o,
ir
_1
(l)
focd n S
No Nlo
-145-
\ lastnÍ měřenÍ P r o u d v m a g n e tí z a Č n Í c hc Í v k á c h s e P o u žÍ v á m e z a p o j e n Í p o d I e o b r . ] variátorem. Variátor je Že1ezný odporový drát umístěný v ochranstabi1izuje j e t a k o v á , Ž e p ÍÍ r o z né atmosféře. Jeho odporově-tepIotní charakteristika Ž h a v e n Í d r á t u d o t e m n ě č e r v e n é h oŽ á r u p r o u d p r o c h á z e j í c í d r á t e m p r a k t i c k y n e z á v i s í n a v l o Ž e n é mn a p ě t í , t e d y v a r i á t o r s t a b i 1 í z u j e p r o U d . (na obr.] Transformátor, variátor a pojistky jsou uzavřeny v kovové skříňce 12 V a, a přívod č á r k o v a n Ý o b d é l n í k ) . P ř Í s t u p n é m á m ep o u z e v ý s t u p n í s v o r k y ] A Proud měřený ampérmetrem A je v ustáleném stavu k sÍt \ 22o \' rw Aparatura je zařÍzena pro paralelní zapojenÍ magnetizačních cÍvek ke Zda proud procházÍ magnetizačnímicÍvkami v souhlasnémnebo nesouh 1 a s n é ms m ě r u p o z n á m e i h n e d p o d ) ' e p r ů b ě h u i n t e n z i t y m a g n e t i c k é h o p o l e m e z i cír'kami (uprostřed mezt cÍvkami nulová intenzita po1e: cÍvky zapo3eny V zdro3i.
n e s o u h l a s n é m s m ě r u\ . 0etekčnÍ cÍvku zapoju3eme k rozsahu 2 Y,l, digitálnÍho voltmetru Pro 'potřeby počÍtačové\roz5ah 0,2 \ ^/ je pro náš úČel zbytečně citlivý). ho ZpracovánÍ registrujeme údaje V mV \ Ú k o l u l . p o s U n U j e m ed e t e k Č n Í c Í v k u p o
l cm
V Úkolu 2. měníme
r,zdálenostmaQnetizačnÍchcÍvekpolcm,tj.VzdaIuJemekaŽdoumagnetiN e j m e n š Íd o s a ž i t e I n á zační cÍvku od detekčnÍ cÍvky postupně po I/2 cn J cm mezi magnetizačnÍa detekČní cÍvkou je asi l ' 1 a q n e t i z a Č n Íc í v k y n e j s o u g e o m e t r i c k y Ú p l n ě s t e 3 n é . P r o t o v ú k o l u l . při ste3né vzdá1enosti detekčnÍ cÍvky VpraVo a vlevo od střední polohy mezi (rozm a g n e t í z a Č n Í m ci í v k a m i m ě ř Í m e r ů z n é h o d n o t y n a p ě t í n a d e t e k č n í c í v c e dÍ1y l-2 1) a zpracováváme je3ich střed (zahrnuto do programu počítače). lzdálenost
grafickém Zpracování výsledků uŽÍvámetěchto středních hodnot a poUze (obr.2, pro x < 0 je graf zrcadIově soukladných hodnot vzdá1eností x Při
m ě r n ý) . ExperimentálnÍ hodnotu konstanty úměrnosti k úkolu ]. dostaneme z i n t e n z i t y p o 1 e v y p o Č t e n ép ř í m o p o d l e V z o r c e ( 2 ) b e z p o u Ž i t Í p o Č Í t a Č ea z p ř Í s l u š n é h o n a p ě t í z m ě ř e n é h on a d e t e k Č n Í c Í v c e . T e o r e t i c k á h o d n o t a j e d á na vzorcem (J)
Praktické pokvnv ],5 A ' který poIhned po zapojenÍ obvodu procházÍ jÍm proud asi k l e s n e n a s t a b i I n í h o d n o t u ] A p o p 1 n é mn a ž h a v e n Í v a r i á t o r u ( z a ) - 5 m i n . ) Po přerušení obvodu při přepojovánÍ magnetizačních cÍvek je tato doba kratšÍ. vyrovnává běžnéko1lsání sÍtového napětí i změnu odporu vin u t Í m a g n e t Í z a č n í c hc Í v e k p ů s o b e n o u j e j i c h s 1 a b ý m z a h ř á t í m . P ř e s t o p r o u d v o b v o d u b ě h e m m ě ř e n Í k o n t r o I u j e m e , p ř Í p a d n é z m ě n y z a z n a m e n á v á m ea z a p o č Í Variátor
táváme.
Magnetizační cÍvky zapojujeme přímo ke zdroji bez jakéhokoIi předfaz e n é h o o d p o r u . M u s Í m es e t e ó y z V l á š t p e č 1 i v ě v y v a r o V a t z k r a ' t u !
-146-
V úloze velmi záIeŽÍ na dobrých eIektrických kontaktech. Proto pouŽíváme spojů typu pacička-pacička, které pevně utahujeme pod svorky. Samotné m a g n e t i z a č n Í c Í v k y ( u n i c h ž j s o u p o u z e p ř Í v o d y s b a n á n k y ) p o s k o n č e n é mm e . ř e n Í n e v y p o j u j e m e. Před vlastním měřením zkoumáme, zde při zapojenÍ magnetizačních cívek s nesouhlasným směremproudu je intenzita magnetického poIe uprostřed mezi cívkami nulová' Poloha detekční cívky, neměřÍme-li.na ní Žádné napětÍ, se přitom smí od střední po1ohy mezi magnetizačními cívkami odchylovat nejvýše o
l-2
mm
Není-li
rušivé pole.0dpomoc
p a k d e t e k č n íc Í v k a n e j s p í š e s n Í m á o k o l n í : v h o d n ě j i r o z l o Ž í m e p o m ů c k yk Ú I o z e n a p r a c o v n Í m s t o tomu tak,
l e n e b o n a t o č í m ec e I ý s t o j a n s c í v k a m i . J i n ý d ů v o d z á v a d y : z n e č i š t ě n é n e b o p o š k o z e n ék o n t a k t y ( p a r a l e l n ě z e p o j e n ý m i m a g n e t i z a č n í m i c í v k a m i n e p r o t é k á s t e j n ý p r o u d ) . T y t o z k o u š k y m ů Ž e m ep r o v á d ě t u Ž b ě h e m u s t a l o v á n í m a g n e t i z a č n í h o p r o u d U. Cívky při
posouvání je nutno uchopÍt za střed' ne za okraj (cÍvky se mohou vzpřÍčit) a také ne za ukazatel polohy. Zacházíme opatrně s přÍvody detekČnÍcívky, které se snadno ulomÍ. VodÍcí tyČ cÍvek je skleněná, proto p o z o r n a n á s i l n é u v o l ň o v á n Í u z g ř Í Č e n ý c hc Í v e k ' n á r a z y a p o d . ! P r o Ú s p ě Š n éz v l á d n u t í ných veiičin si
Úlohy je nutné seznámit se s jednotkami měle-
a p o t ř e b n ý m l . Í y zi k á l n í m i
uvědomte realitu
konstantami. Při
zpracovánÍ výs1edků
poČítanýcha měřených mÍst!
Potřebné Údaje 5třednÍ poIoměr magnetizační cÍvky
R
P o č e t z á v i t ů m a g n e t 1 z a č n íc Í v k y
N
Střední poloměr derekční cÍvky Počet závitů detekČnÍcívkv
r n
SÍtová frekvence
f
1 0 , 4 c mI c Ívek l00 Jstejnéuobou (5 =rr2) 1,28 cm I000 5 0 H z ( p r o u r Č e n íc h y b : m Ů Ž e p o klesnout aŽ o l Í)
Pro komunikaci s poČÍtačem Název Úlohy
: Kruhové cÍvky Cívky za sebou : pfoud prochází magnetizačnÍmicÍvkami v souh1asném směru Cívky proti sobě = proud procházÍ magnetizačními cívkami v nesouhIasném ( o p a č n é m )s m ě r u
Li teratura It l
B a k u l e R . , S e d l á k B . : E l e k t ř Í n a a m a g n e t i s m u s ,P r a h a , SPN (skriptum), L97r, str. 168
Iz ]
S e d l á k B . , Š t o I l I . : E l e k t ř i n a a r n a g n e t i s m u s P, r a h a A c a d e m i a , 1990, odst. ,.r.5b
147 -
Praha, SPN (skriptum),
tl]
B r o ŽJ . : E I e k t ř i n a a m a g n e t i s m u sI I
tol
Praha, nak1. ČsAv, e r o z l . a k o l . : Z ó k } e c t ym a g n e t i c k ý c hm ě ř e n í .
1976, str.
2I
1951, str.
22
I, Praha, sPN, [ . s] B r o žJ . a k o 1 . : Z á k l a d y f y z i k á 1 n Í c h m ě ř e n í 1981, str.
29.
5ÍŘENÍ
411
E L E K T R0MA GNE T I cKÝ cH
v LN
PracovnÍ úkol v z á j e m n é h on a t o č e n í Zjistěte závis1ost intenzity přijímanévIny na úhlu přijÍmacÍavysí1acÍantény.VýsIedkyměřenÍzpracujtegrafickyazdťlvodněte zÍskanývýsledek. vzdáIenosti od antény. 2 . Z m ě ř t e z á v i s t o s t i n t e n z i t y v y s í 1 a n év 1 n y n a V ý s l e d e k m ě ř e n Ín a k r e s 1 e t e d o g r a f u . l'
v y s Í 1 a n éa o d r a Ž e n é , , Z m ě ř t e p r ů b ě hs t o j a t ý c h v 1 n v z n i k l ý c h i n t e r f e r e n c í vIny.UrčetepřÍb1iŽnouhodnotupoměrustojatýchvlnačinite1eodrazu v1ny. k o v o v éd e s k y a d e s k y z m a t e r i á 1 u a b s o r b u j í c í h o e I e k t r o m a g n e t i c k é PrůběhintenzityvzávÍs1ostinavzdá1enostioddeskyznázornětedo průběh. grafu. Z grafu odečtětedélku v1ny. Diskutujte naměřený
Š Í ř e n Ív I n v e v l n o v o d u VoboruÍrekvencÍe1ektromagnetickýchvlnvyššÍchnež1000MHzje ne1ze zkonstruovat v1nová délka vln ve vokuu natolik ma1á, Že prakticky jejichž rozměry by by1y zanedbao b v o d y a s t a v e b n í e 1 e m e n t yt ě c h t o o b v o d ů , či magnetickét e t n ě m a I év ů č i v 1 n o v éd é 1 c e ' H o d n o t y i n t e n z i t y e 1 e k t r i c k é h o o k a m Ž i k u m ě n í p o d é l o b v o d u . M l u v í m ep a k o s í t i h o p o l e s e v d a n é mč a s o v é m pouŽívanými s r o z I o Ž e n ý m i p a r a m e t r y , j e j í Ž ř e š e n í "n e l z e p r o v á d ě t m e t o d a m i soustavy při kvasistacionárním přib1 ÍŽení, a1e je nutno vycházet z úplné M a x w e I l o v ý c hr o v n i c . V technice těchto ve1mi krátkých v1n, decimetrových, centimetrových jako spojovacích vodičů. a m i 1 i m e t r o v ý c h , n e 1z e p o u Ž l t . d r á t o v ý c h v e d e n Í vedenÍ, jeTato vedení majÍ veImi ve}ký Útlum a kromě toho úsekydrátového značně j i c h Ž d é 1 k a j e s r o v n a t e 1 n á s v 1 n o v o u d é 1 k o ue l e k t r o m a g n e t i c k év 1 n y , vlnovodů. Vlnov y z a ř u j í . P o u Ž Í v á s e p r o t o j a k o n a p á j e c í a r o z v o d n év e d e n Í vodivýmp1ášt.ěm v o d t v o ř í d u t i n a z . n e v o d i v é h od i e I e k t r i k a u z a v ř e n á d o b ř e g e o m e t r i c k é h ot v a r u ze stříbra nebo mědi. Dutina je obvykIe jednoduchého ( h r a n o 1 , v á I e c , p r o s t o r m e z i d v ě m a k o a x i á 1 n Í m i v á 1 c i ) a j e j Í p ř Í č n ér o z m ě r y do jsou srovnateIné s v1novoudélkou. Uzavřený v1novodnevyzařuje energii
-148-
okí"} I i a š Í ř { s e 3 í m s m a 1 ý mú t I u m e me I e k t r o m a g n e t i c k é v I n y , k t e r é m a j Í v y š š ík m i t o č e t n e Ž u r č i t ý m e z n í k m i t o č e t , d a n ý g e o m e t r i c k ý m i r o z m ě r y v 1 n o vodu. povrchu V y s o k o f r e k v e n č n íp r o u d s e š Í ř í t e n k o u v r s t v o u n a v n i t ř n Í m p ovrchu p t á š t ě . I n t e n z i t y p r o u d u e x p o n e n c l á l n ě u b ý v á s m ě r e mk v n ě j š Í m u p r l s t e . T } o u š ř k ap 1 á š t ě v I n o v o d u , j í Ž p r a k t i c k y p r o c h á z Í p r o u d , s e c h a r a k . která má t e r i z u j e h 1 o u b k o uv n i k u , k t e r á j e d e f i n o v á n a j a k o v r s t v a v o d i č e , p r o u d u z a p ř e d p o k I a d u s t e j n é š í ř k y a d é 1 k ys t e j n ý o d p o r při stejnosměrném j a k o v o d i č o v e 1 m i v e 1 k ét 1 o u š ř c e , k t e r ý m p r o c h á z Í p r o u d v y s o k o f r e k v e n č n í . j e h 1 o u b k av n i k u v 1 n y P o k u d j e v o d i č n e f e r o m a g n e t i c k ý ,c o Ž j e p r a v i d I e m , o v l n o v é d é 1 c e ^ v m a t e r i á I u s m ě r n o uv o d i v o s t í 9 r o v n a 2,906 Vrstvou vodiČe o tloušŤce 4,6 d uveóme, Že hloubka vniku stříbra, nÍ povrch pláště vInovodu, je při u mědi je o
^' , r
ltTT protéká
(l) 99 x
proudu. Jako příktad
ze kterého se zhotovuje zpravidla vnitřvlnové délce l cm rovna 0'}71 pm l
většÍ.
e1ektrického a magnetického po1e ve vInovodu 1ze Že intenzi.ty pole u r č i t z Ú p I n é s o u s t a v y M a x w e 1 1 o v ý c hr o v n i c . L z e u k á z a t , a přÍčných magneti:c Ize vyjádřit Jako 5uperpo5Íci přÍČných e1ektrÍckých označujemejako vlnu kých v1n. PřÍČnouelektrickou vlnou, kterou ve zkratce jejÍŽ intenzita elekH nazýváme elektromagnetickou vInou, TE nebo vlnu Průběh intenzity
trickéhopolemás1oŽkuvesměrušířenÍv1nyidentickyrovnounu1e. E , u které je iden 0bdobně Je tomu u přÍčné vlny magnetické TM nebo po1e ve směru šÍření. ticky rovna nu1e sloŽka intenzity magneti'ckého č a s o v é mo k a m Ž i k u U v1ny TE je tedy intenzita elektrického poIe v kaŽdém naopak intenzita magkoImá na směr šíření. U v).ny TM je ke směru šíření přÍpadech mohou existovat netického pole ko1má. V některých speciá1nÍch 'nezáu1sle na sobě. Jedním z těchto případŮ je právě vlno.TE a TM vlny vod omezený ideá1ně vodivým pláštěm. jsou nejpouŽívanějšÍmi U Ú I o h y p o u Ž Í v á m eo b d é l n í k o v é v } n o v o d y , k t e r é typyv1novoduprocentimetrovéami1imetrovévlny.Utohotovlnovoduexiszáření, ve tuje poměrně Široké pásmo v1nových dé1ek elektromagnetického v1nění s nejdeIší kterém se vInovodem šíří pouze 3ediný vÍd v1nění. Vid rozměry v1novodu vlnovou dé1kou nazýváme dominantním. Jsou-1i vnitřní 3,b(a>2b),pakdominantnÍmvidembudevid,kterýseoznačujeTEtc Jeho mezní vInová dé1ka bude
(2)
='2a pokud je v1novod vyplněn vzduchem U tohoto vidu má intenzita (viz obr ' 1) ,, \olze sloŽku
( E, etz
t Ez
"^fz
) e-io't
-149-
sin
Íc a
x
nenu1ovou
( l)
-.
/'
t' l' ,t r' r ' aia , t tr a. .'ta,
'
-\
- r , ' r .\ \
,ta-r
\
,ri - - - t u ?.t /r a . , ) ta
r )
_a
-r'-'aJ-a'
ta,ta-,taa'
0br z , E2 ama m p 1i t u d u v I n y š í ř Í c Í s e k } a d n ý m s m ě r e m o s y t je tak zvaná konstanta přeno5U, která chap 1 i t u c ! u v } n y o p a Č n é h os m ě r u , r znamená imaginární jednotku, rakterizuje Ú t l u m v } n y v e v ] . n o v o c J u .D á } e j Zde znamená E
čas. Na obr.1 je zakres1eno schématicky roz3e kruhová frekvence a t IoŽenÍ siločar ve vlnovodu, čárkovaně jsou označeny magnetické a plně e1eku
trické
si1očáry.
5tojaté vlnv (l)
3e zřejmé, Že po1e ve v1novodu se skládá ze dvou VIn, vlny postupné a vlny odraŽené. Poměr jejÍch amp1itud určuje činite1 odrazu Z rovnice
5o
Pokud je Činite1 odrazu různý od nuly'
odraŽené a postupné v1ny stojaté E'.,
této stojaté
Vzniká
ve v}novodu superpozicí
v1nění. Největší amplituda intenzity
vtny bude v mÍstě, kde postupná a odraŽená kmitajÍ
se
stejnoufázÍ
o=0 V tomto místě se budou amp1itudy obou v1n sčÍtat a bude p1atit E Minimá1ní intenzita
max
E1
F -2
.
(4)
po1e ve vlnovodu bude naopak v místě, ve kterém kmitají
obě vlny s opačnou fází
- 150 -
F
()')
F '2
mln
V z c l á l e n o s t m e z i p o s o b ě n á s 1 e d u j Í c í m m a x i m e ma m i n Í m e mi n t e n z i t y e l e k t r i c ),/I+ Po1ohu mini'maje moŽno kého pole je rovna Čtvrtině v1nové délky j e v oko1Í minima ostře3šÍ neŽ v okourčit přesněji, nebot změna Íntenzity l í maxima. Ze vzdá1enosti cjvou po sobě jdoucích minim, která je rovna j e m o Ž n o p ř i b I i Ž n ě u r Č i t v l n o v o u d é 1 k u' S je def inován jako Poměr sto3atých vln 7 tz
max
(6)
m1n S Čini telem
odrazu
5o
ie
vázán
vztahem 1+s
(7)
U
o odrazu na ideálně vodivé ploše je činiteI jatých v}n S je nekonečněveJ'ký.
odrazu
Při
-1
a poměrsto-
ŠÍření v1nv vo]nÝm prostředím Trychtýřovou anténou, kterou je ukončen v1novod naší aparatury, VYtvořÍme přibtiŽně rovinnou v1nu. Směr šíření zů5tane zachoVán ve směru osy z v]novodu, Za ídeá1nÍch podmínek (pokud by vysí1aná v1na by1a opravdu rovinná, nedocháze1o by k Útlumu v prostředí' kterým se vIna šířÍ, a odrazům intenzitu výtazetl na o*olních předmětech), byIo by moŽno vyjádřit g-ia',' t
(8)
Zátení vysí1ané by by1o monochromatické, koherentní a 1ineárně polaAmpIiturizované ve směru kratší strany v1novodu (směr osy y na obr.l). da záření
by byIa nezávís1á na vzdá1enosti
vaná vIna není rovinní,. bude se intenzita
od antény. Jc1ikoŽ však vyzařoelektrického po1e zmenšovat se
vzdá1eností od antény. koyoy VyZařoVaná vIna by1a ku1ová, měni1a by se intenzita po1e nepřímo úměrnědruhé mocnině vzdá1enosti od antény. Lze očekávat.
Že závis1ost
ÍntenzitV na vzdá1enosti Eo
=
Kz-fl
o
Z
od antény bude udávat výraz íq)
Č a s o v o uz á v i s 1 o s t i n t e n z i t y v e v ý r a z u ( 9 ) n e u v a Ž u j e m e .B u d o u . 1 i V e s m ě r u v y s í 1 a n év 1 n y p ř e d m ě t y , n a k t e r ý c h d o j d e k o d r a z u , v y t v o ř í s e i n t e r f e r e n c Í (9). s t o j a t é v 1 n y , k t e r é v y v o I a j í j i s t é z v t r n ě n ív ů č i p r ů b ě h up o d 1 e v z t a h u Z v 1 n ě n Íb u d e t í m v ý r a z n ě j š í , č Í mv ě t š Í b u d e i n t e n z i t a o d r a ž e n év 1 n y . 5 t o j a t é v 1 n y m ů Ž e mvey t v o ř i t , p o s t a v í m e - 1 i k o 1 m ok e s m ě r u š í ř e n í p o s t u p n é v I n y v o d i V o u o d r a z o v o u d e 5 k u . P o k u d b y d o c h á z e I o k t o t á 1 n í m uo d r a z u
- 151 -
(vodivost
povrchu desky
ď+
) a dopadajícÍ a odraŽená vlna byly rovinŽaana z těchto v1n nekonečněvelký (S*oo). e
oé, by1 by činitel stojatých podmíneknebude přesně splněna.
Největší činite1
stojatých
v1n naměříme v
odrazné desky a bude se zmenšovat směrem k anténě. Tento výsIedek j e z p ů s o b e n z m e n š o v á n Í mi n t e n z i t y o d r a ž e n é a z v ě t š o v á n Í m i n t e n z i t y p o s t u p n é
blízkosti vlny
v důsledku divergence svazku.
nahradíme odraznou, dobře vodivou desku s činite1em odrazu prostředím s podstatně menší vodivostí, postupná v1na se bude čásuo = l jectečně pohlcovat v tomto prostředÍ a činitel odrazu So bude menší neŽ n a . D ů s 1 e d k e mj e v u b u d e s n í Ž e n í p o m ě r u s t o j a t ý c h v I n v p r o s t o r u m e z i a n t é JestliŽe
nou a odraznou plochou. Prvkv pouŽité ve vInovodové aparatuře a) OscilačnÍ elektronka
- k1ystron
BěŽnée1ektronky s hustotní modu}acÍe1ektronového svazku, pouŽívané pro v nízkofrekvenční technice, se nedajÍ pouŽít jako osci1ační elektronky d e c i m e t r o v é a k r a t š í v } n o v é d é I k y . 0 ů v o d e mj e d I o u h á p r ů 1 e t o v á d o b a e l e k s dobou vysokofrekvenčního kmitu' o b t Í ž n é i m p e d a n č n íp ř i z p ů s o b e n Í e I e k t r o n k y
tronů mezi anodou a katodou, srovnatelná velké mezie1ektrodové kapacity, k o b v o d ů ma p .
Tyto obtíŽe jsou odstraněny u e1ektronek s rych1ostní modu1ací elektronového svazku. V mÍstě interakce e}ektromagnetického po1e s elektronovým pros v a z k e m s e m ě n í r y c h 1 o s t e l e k t r o n ů v r y t m u č a s o v é h op r ů b ě h u p o l e . P o
běhnutÍ urČité vzdá1enosti se vytvotí fázový souběh e1ektronů' V těchto místech je modu1aceelektronů a z elektronového svazku je moŽno odebírat výkon. Místo, ve kterém se vyvolává rych1ostní moduIace a místo odběru výkonu mohou být totoŽné, jak je
tomu např.
u reflexnÍho
kJ.ystronu. Svazek se
a pohybuje 5e směrem k elektrodě nazývané která má vůči rezonátoru i katodě záporný potenciá1. Pole ref}ekreflektor, toru vrací elektronový svazek zpět do rezonátoru, kde přÍ vhodné volbě potenciálu eIektrod dojde právě k fázovému souběhu a tím k hustotní moduIaci
moduluje v toroidním rezonátoru
s v a z k u . P o l e h u s t o t n ě m o d u l o v a n é h os v a z k u b u d í z p ě t n é k m i t y v r e z o n á t o r u . K1ystrony se pouŽívají předevšÍm v pásmu centimetrových.a mi1imetroto-2 w)' Jejich hlavní v ý c h v l n j a k o g e n e r á t o r y v l n ě n í o m a l é mv ý k o n u ( nevýhodou je obtížné 1adění, které je nutno provádět změnou rozměru rezonát o r u a n a p ě t í m r e f } e k t o r u . P ř i d a n é mr o z m ě r u r e z o n á t o r u l z e z m ě n o u p o t e n ciá1u
elektrod
měnit frekvenci
p o u z e v ú z k é mo b o r u , ř á d o v ě n ě k o 1 i k a p r o c e n t .
b) Zes1abovač (atenuátor) výkonu v obvodu. Absorbuje se jlmi částečně nebo i zcela výkon, který na ně dopadá. V principu jsou konstruovány jako odporové nebo odřazové. V prvém typu dochází k absorpci přeměnou elektromagnetické energie v Jou1eovo tepIo na destičkách u odporového materiá1u Tyto prvky slouží k regulaci
n e b o z t r á t o v é h o d í e 1 e k t r i k a v 1 o ž e n é h od o v 1 n o v o d u . Ú t t u m z p ů s o b u j e s k 1 e n ě n á destička, na které je vakuově napaĎena vrstva nichromu a která se pohybuje
-t52-
n a d v o u v o d Í c Í c hk o l í c Í c h p o d é l š i r š Í s t ě n y v l n o v o d u . V d e s t i č c e s e a b s o r b u j e n e j m e n š ív ý k o n , j e . t i d e s t 1 č k a v m í s t ě m 1 n l m ai n t e n z i t y e l e k t r i c k é h o pole' tj. u stěny vInovodu. Přemístíme.li destlěku do středu vlnovodu, kde j e i n t e n z i t a d o m i n a n t n í h ov i d u T E t o o b d é 1 n í k o v é hvol n o v o d u m a x i m á 1 n í , z p ů s o b íd e s t i č k a n e j v ě t š Í ú t l u m v l n y p o s t u p u j í c í v l n o v o d e m . Ú t 1 u m z e s l a b o v * e , d e f Í n o v a n ýj a k o
' (Pt
= loroe-lL
t
,
Pz
je výkon dopadajÍcí na zes1abovač,
(10)
je výkon proš1ý zes1abovačem)
Pz
}ze měnit v závisIosti
na po1oze destÍčky v rozmezÍ asi 0,1 Zeslabovač lze ocejchovat s přesností asi 0,0l dB 0,l
aŽ
50
dB
c) DetekčnÍ prvky K detekci
(usměrnění) vysokofrekvenčního proudu se pouŽívá speciá1-
nÍch hrotových křemÍkových diod. pacitu.
Tyto diody musÍ mÍt minimálnÍ v1astní ka-
Rozměrově jsou přizpůsobeny vlnovodu, majÍ váIcovitý
tvar a na pod-
stavcÍch váIečku je vyvedena anoda a katoda. Do eIektrického poIe se vkládá tak,
aby osa váIečku byla rovnoběŽná s intenzitou
kovaný proud se měří citIivým
měřícím přístrojem'
eIektrického poIe.0etegalvanometrem nebo mikro-
ampérmetrem. 0iody majÍ většinou přibIižně je úměrnýkvadrátu intenzity
kvadratickou
charakteristiku.
Proud diodou
pole v místě diody
(r1)
= k E2
i
Pro přesná měření je nutno diody cejchovat . VzhIedem ke kvadratické charakteristice určujeme poměr stojatých vln jako odnocninu z podÍlu výchylek měřÍcího přístroje
V maximu a minimu.
Er " ,
(12)
mtn
0iody se umistují v drŽácÍch diod. aparatury,je
Je-1i
t v o ř e n ú s e k e mv I n o v o d u u z a v ř e n ý m n a j e d n o m k o n c i n a k r á t k o .
Dioda je v místě s největšÍ intenzitou )'v / 4
drŽák dÍody součástÍ vInovodové pole, tj. vzdálena o posuvnýmpístem, jehoŽ posu-
elektrického
od konce v1novodu. Zkrat se realizuje
dosáhnout optimá1ního přizpůsobenÍ diody k vedenÍ. 0ioda, kterou měřÍme intenzitu pole ve volném prostředí, je umístěna na nosnÍku z pěnovévem lze
ho polystyrenu. pouze o
) x
Permitivita
tohoto materiá1u se lišÍ od permitivity
a jeho vodivost
běh pole jen nepatrně.
je zanedbatelná.
vzduchu
Tímto drŽákem ovlivníme prů-
Vývody od diody jsou provedeny z tenkého drátu
končeny ve zdířkách na spodku drŽáku.
- r5)
a za-
Pokvnv pro měřenÍ Aparaturu sestavte
podle blokového schématu, obr
pŘr.lÍrrč
vlsÍuč 50 cn
\ ,\'
,r l
12 1 - klyltt"on 2 - etonuátor 3 - anténa
{ - držák dioó 5 - gelvanon.tr
0br Atenuátorem nastavte vhodnou úroveň přijímaného signálu. Aby nedošlo k ovIivňovánÍ generátoru odraŽenoU vlnou, musí být Útlum nejméně ] dB tak, Že zvyšujeme napětí reflektoru Správnou funkci kIystronu |ze zjistit
a s1edujeme anodový (rezonátorový) proud. Při vybuzení klystronu vykazuje anodoVý proud malý loká1nÍ vzrůst. Napětí ref1ektoru je nutno nastavit tak' aby odpovÍda1o některému z těchto extremáInÍch proudů. Při měřenÍ natáčejte
přijímací
anténu.0sy
přijímací
a vysÍlací antény mají být při
měření to-
toŽné.
měřenÍ druhého pracovního ÚkoIu odstraňte z optické Iavice přijÍmacÍ anténu s drŽátem diody a upevněte na ní diodu v poIystyrenovém drŽáku. Výšku vysílacÍ antény upravte tak, aby dioda by1a v ose antény. Dbejte, abY ve směru šířenÍ v1ny neby'ly postaveny překáŽky, zejména kovové' Při
Kovovou desku upevněte na konec optické lavice vzdáIenější od antény. Diodou umístěnou na po1ystyrenovémdrŽáku změřte průběh několika pů1v1n co nejbt íŽe u odrazné desky. Při všech měřeních je výhodné vyuŽívat maximálnÍ gaIvanometru a nastavÍt út1umatenuátoru tak, aby výchylka v cit1ivosti maximu intenzity
by1a přes ce1ou stupnici
gaIvanometru.
Literatura
tt ] BroŽ J
a kol.:
Zák1ady fyzikálních
měření
SPN, Praha 1967, odd. 4
154 -
II
A'
PoUŽÍveNÍu
II. N Á v o D Y
1. A N A L o c o v É
pňísŤRo.lůu
líuLTIMEtRÍ
gloužících k něření proudu a napětí je obO ana).ogových příatrojích šírně pojc.lnáno v uěobnici (1), kde jsou popeár1y používané něřÍcí syetéay. V přchledqých tabulkách jeou uveder\y paranetry charakterizujíct' t1to gystéÍ0ya je qysvětlcn význan znaěek uváděných na příetrojích. Těnto otázkán se zdc nebudeme věnovat a doponrěujene student'ln seznánit 8e g příslušnou statí citované knitty.. Zde popíšene pouze vlastnosti a obsluhu víceúčelov ý c h r u ě k o v ý c h n ě ř í c í c h p ř í s t r o j ů , k t e r é p o u ž í v á r n ev e ť y z i k á } n í n p r a k t i k u . a ) Avomet UnivcrzáIní měřicí přístroj sloužícÍ k přínénu měření proudu a napě. j a k tí stejnosměrr5lch, tak i etřídavých. Přístroj obsahuje systém 8 otočnou cívkou, příslušné předřadné odpory a boěníky a pro něření střídavých proudů a napětí je rybaven usněrňovačem v nůstkovén zapojení. Přístroj má tři připo..iovaeí svorky a tři přepínačc (obr. 1). Jgden přep{naě P přepíná rozea\r proudu, druhý N rozsab;r napětíatřetí B unoŽ. nuie přejít z měření proudu na něření na. pětÍazhodnotstejnosněr4ictr na hodnoty gtřídavé a naopak. lři svorky.jsou upra. verry k připojení vo. diěů banán\y nebo kabelovýn očkegr. Pro. střední svorka S je spoIeěná, Ievá (oznaěená A ) je pro měřenÍ proudů' pravá (označená v ) kmě. ření napětí. Mezi tě. nito třeni svorkani jsou dvě zdířky k něření stejnosměrného napětí do 60 nV a 300 nV. Obr. I
-L5r_
děIení. Ncjho. Stupnice přígtroje je podložena zrcaťllen a ná troje p rostřednÍ pro p r o u d u , a řejší dělenÍ je pro hodnoty atřídavého napětí dílků a jeou poněkud prodlouženy. hodnoty stejnosněrné. obě stupnlce nají 60 st elouží při měření etřídavého napětÍ na rozsahu Spodní stupnice l12
V.
pro etřídavé rozaatřída přesnosti je pro etejnooněrné rozsa|ry 1 , používat i pro něřenÍ při vyš. řV 1,5 při ťrekvenci 50 Hz. Přístroje lze lO kHz nepřekročí šÍch kmitoětech. Přídavná c\ybe při frekvencích do 1 3,5 $, pokud neoěříne napětí qlšší než }2o V. Na přesnost něření nená vliv tenloty 2oo C.
zněna teploty
o loo C oťl zékladní
Měření napětí napětí stejnoorěrné Přístrojem 1ze něřit bez vnějěího příglušenství Před měřcním nastavírnepřc. od t nV do ó4o V a střídavé od o'2 v do 64o V. napětí stc.jnoeměrné oínač B oroud - napětí podle toho, máne-Ii něřit i ň p í a m e n oV . R o z s a h o v ý p ř e p Í nebo ",.., " na nebo etřídavé značkou Přístroj připojÍne svorLani nač N nastavíme na nejvyšší rozsah 600 v. savparalelněkobvodu,naněmžehcemcněřitnapětí.Přiměřenínaevorkou S (kladď pór) lých stcjnosrněrných napětí ořipojíne přístroj Ukáže-li přístroj výcřtylku a zdířkou 60 rnV nebo zdířkou oznaěenou 3OO nV. přepnene přepínač rozsahu na nižrnenší než je hodnota sousedního rczsahu, ší rozsah. labulka spotřeby přístroje
t--;;. I
0,06 =
I
ot3
I
l-r2 6 L2 30 60 120 300 600
nA
27o 3ooil
=
2.10 1
ln
- )-
2.10 5.10 I 2 5
měření napětí
Spotřeba
Ko ns tanta pří atrcje
lv
při
I
6oco
I I
12000 30000 60000
plné výcřtylce rntrť
o rZz I I
1200
při
't 4
120000
1
300000 600000
I 1
r12 6 T2 30 60 120 300 600
Měření proudu p A ť 1 o6 ' 4 A ' Bez přÍslulenství lze něřit stejnogněrný proud od 20 je obdobď jako při při něření stříťtavý proud oťl 30 pA do 6'4 A . Postup proudu a přcpínaě B proud uěření napětí, používáne však přepínaěe roz8abů . na písneno A. Při něřcní . napětí nagtavííte znaěkou Í - Í nebo ".^.,
-L56-
ete.inosněrného napětí jc kladď
Ťabulka cpotřeby Roscah A
příetrojc
Konstanta přístrojc
2 . 1 0 -5 5 .t o -' 2 . 1 0 -4 5.lo-4 2.ro-3 5.10-J 2 . 1 0 -2 1 . 1 0 -l
o,0012
o,oo3
o,012 o,03 o,12 ot3 Lr2 6
pót pripojcn
přl
0dpor
o
100 6 12'3 5' Lr2, o15 o rLz, o ro25
uěřcní
kc ovorce
ctcjnoměrného
Spotřcba
nV
120 r38 148 I50 150 1t0 r50 r50
Pří něření gtřídavé|ro proudu je odpor přístroje' a gpotřeba příatroje dceetkrát větší.
přl
S .
proudu
plné výc|5rIcc nl
o,145 o r42 1r8
415 18
45 180 900 epád napětí na přístroji
b) Du 10 lento přÍstroj je novější obněnou uěřicího příetroje Avouet. Vnější Du ro ná však větší vnitřní od. úprava obou příttrojů jc stcjná. Přístroj pro proudů a napět{ je dvouccetr1ý z geruoDěrňoveč něření střídavých Poll naniových ťlioťla přístro jcm lzc něřit ohnické odporv , eoŽ sl qpžáťlalo úpravu ve způeobu přcpínání rozaahrl Třída přeanosti DU 1o je pro gtgjnosněrné rozgalrý I'5 l Plo 8třípokud provádí při davé rozsat,ryr2,5 se něření 2oo C, etřídavých roz. u , sahů pokud je něření prováděno přl tmltočtu 50 Hz. Přístrojem lze něřit ve frekveněnío rozgahu 20 Hz . 20 klla. Při něřcní napětí do 60 V a pr:oudů ve všech rozgazíc}r ncpřckroěí přídavná cťvba ! z,5 t. Při něřcnÍ napětÍ ťto t2O V nenÍ přídavná cl1yba větší rlež ! 5 s při frekvencích ťto lo kllz. těření
proudů
Přepínaě oznaěen5l .ÚA.. (na obr. 1 přcpínaě P) naatavíne podlc toho, gtojnosÚěrr1ý nebo střídavý prcud, značkou |t - l. nebo " ^., ' něříne-li ná nejwšší rozaah. Přístroj zařadíne eériově do obvodu' etejně jakc Avomet, tj. cvorkani A a s DA 6!1. 1. zatlaěeníu knoflíku nA zapneme proudový rczgah. Ukáže.li.přístroj výc|ylku nenší než je hodaota eougednípřepneoe příatroj
na nižší rozgah. .Ie-11 néřený proud qyšší aeŽ 6,5 L , vypoJínc příetroj stlgLhutín některého zg zbývajících ťlvou Rozaah 6 A střídavého proudu Lze zabé||,ovat proudcn vyššín než knoflíLů. 3 A pouze 5 ninut. Iblší něřcní při qyššín proudu lze provégt aŽ za cca proudu 2opÁ zapojíno přístroj do obvodu 30 nin. Přl něřgní etcjnooěrného ho rozgahu'
-L57-
i - l
nV: Znaěka gvorkeBi označcný]li na obr. 1 "S.,a.3Oo sahu nůžg být nastavcna na }ibovolnén rozgahu.
Ťabulke cpotřcby
příctroje
0,6 3 L2 60i1 300 1200 6000
1
2.1O-3
|'
l.lo-2 or2
Při
300 680 858 89' 900 900 900 900
I5000 5666 1 430 292 75 L' 3 o r75 o,15
r.ro-1
i
proudu
plné výc|rylcc nU
NV
o,oz I tn.1o-3 O,l2
něřcní
0dpor
Konetanta příotroje
Rozsah rnA
přl
proudového roz-
5 20 100
9oo
-?
6.108 12 . ro-2 o ''L5 2 176 10,8
54 270 1080 5 400
líěřcní napětí Postup je obdobný jako pří něřcní proudu. PřÍatroj zapojíne stioknus tín knoťlíku,.v'' (na obr. 1 oznaěcn N ). Napětí něříne nezi svorkani (ttaar15i pór) a v . Při něřcní napětí ťto 3Oo nV přiváťlíne napětí ke svorkáB S a 3oo nV (stcjně jako při rněřcní proudu). Knoflík J" je zatlaěen rozgah. a značka i - x je naatavcna na libovolď
tabulka epotřeby příetroje Rozsah
Konstanta pří stroje
o'J 3
5 .l o - 3
v
6 L2 30 60 120 300 600
5.10 otl
- )-
or2 o15 'l
2 5 10
KQ
Cdpor
r5 r50 300 600
r50o 3000 6000 15000 30000
50 too 200 500 I000 2000 5000 1000
něření napětí Spotřcba nU při výcfuil.cc
o,006 0,06 o rLz o)24 0.6 L,? 2r4 6 L2
a něření na stejnooěrr1ých na střídavých rozcarích 60 pA.
Proud při
p].né výc}ylcc
při
-158-
plné
o,le or36 o r72
lrB 316 7r2 18 36
rozaazíeh je 20 lA'
M ěi ( e n Í o d p o r ů Bez příslušenetví lze něřit ohnické odpory od 10 Q do 3 MQ . Před I + ň a kQ (na obr. 1 svorka kažtlýu měřenÍn zkratujene nejprve svor\r s a 60 mV). Podlc odhadnutévelikosti odporu nastavíme knoflíken oznaěe. (na obr. 1 i<noťlÍk B ) rozsah xl nýB kQ nebo xlOo. Zatlgěenín s otáčenín tchoto knoflíku nagtav{ne ručku přístroje na nulu nejspcdnější atupnice, která sloužÍ k něření odporů. Nyní odstraníne zkrat nezi svorka. n + ň a ni " kQ.. a připojíne k těnto svorkÁn neznámý odpor. Hodnotu o d p o r u o d e č í t á r o en s s p o d n í s t u p n i c i . P ř i z m ě n ě r o z s a h u j e n u t n o . n a s t a v i t z n o v u n u l o v o u h o < 1 n o t u .N e d á - ] " i s e n a g t a v i t r u č k a p ř Í s t r c j e n a n u l u , r o u s í n e vyněnit vybitcu baterii },' v. Výměnase provádí okénken na zadní stěně přÍstrcje. Při vkládání nové baterie ;e nutno dbát správné polarity.
DU 20
c)
Tímto typem byl
ukončen vývoj
Dosahuje lepších paraoetrů, a tím i
cittivost stroji
je
analogových
tuultinetrů
neŽ výše popsané přístroje.
v Metře
ólansko.
Předevš{m ná větší
větší vnitřní
odpor napěř'ových rozeahů 50 kQn. V pří. zabudován tranzietorový o c } r r e . n n ýo b v o d , k t e r ý o d p o j í p ř í s t r c j
oc něřenéh.l obvcdu při
zánéně cruhu prcudu nebo přepólování. Tento ochranný obvod nepůsobí, nejsor.l-1i do přÍstro je vloženy baterie,
nebo.je.1i
přístr:j
přetížení,
přeonut
Po vypnutí přístroznovu uvede do činnosti po krátkodobém
na některý
ochrannýn obvoden se přístrcj "ie tlačÍtka 4 na obr. 2. stisknutí
odporový rozsah.
Vrro.ist ovtgcgcí Drvry Měřenó napětí nebo proud přivádíne ke svcrkám 1 a 2. Prsvó se připojuje
DU 20
svorktr 2 k póIu +
stejnoměrného
zdrr je,
levá svorka je vodivě spojena s vnitřnín stÍ. něnín něřÍcÍho přístroje. Ve velkén okénku je přehle
Obr. 2 - 159 -
veličiny. Oststní stupnice s}oužÍ k měření odporů' kapacit' rlrovně nízkoťrekvcněnÍch signálů.
výkonu a
M ě ř í c í r o z g a h i d r u h n ě ř e n í v o l í n c n a g t a v e n í m přepínača 5. Druh proud u a n a p ě t í n a s t a v Í m e s t l a ě e n í m j c d n o h o z t l a ě í t e k 7 (etejnosoěr4ý proud a napětÍ) čt 8 (střídavé obory). Na pravé straně je ovládací potencionetr 6 pro nastavení nulové polotry při něření odporů a k a p a c i t . M e c h a n i c l y nastavujene nulovou polohu ruěky něřidla otavÍtken 9. Ste..incsněrné prcud.v a napětÍ St}ačímetlaěítko 7 a přepínač 5 nastavíne na zvolený rozgah. Prou. aŽ 10 A tak' abychomměřill v dru. dový rozsah zvolíne v rozrnezí 20yA h4 nebc třetí třetině etupniec. Spád napětí na příetrojÍ je 0'2 aŽ 0'3 v ( n a r o z s a h u I 0 A a s i 0 , . . t v ) . R o z o a | r y 2 o p A a 1 o o p A . . i em o ž n o g o u č a e n ě noužívat k měřcní napětí I V a JoO nV. Při něřenÍ etejnoeněrných napě. tÍ tečc přístro.ien při plné výcrrylce proud 20 pA s výjinkou rczgahu Jco nV (proudový rozsah lo0 pA), takže při rozsazích 1 v a vyšěích je vni třní odpor pří stro je '0 k Q ,/v. třítta přesnos ti je v tonotopřípadě 1. Střídgvé plougJ-@'!.! s t l a č í n e t l a č í t k o 8 a n ů ž e m ev o l i t p r o u d o v é r o z s a | \ y 3 0 0 u A a á ] ' 0 A a naoěřové J V až 1oů3 v. Přesnost něření je },5 % z plné výcrryrky. uě. ř e n o u v e l i č i n u c J e č í t á n e n a z á k l a d n í c h J 0 a l O o r 1 í t k o v ý c hs t u p n i c í c h p o dlc zvolenéhorlzsahu.0d rozsahu to V teěe při plné výc|rylce přÍstrojen prouc 63 pA, takže jeho vnitřní odpor je aai 16 kQ,/v. Pouze na rozsahu J V . i e . . i e h ov n i t ř n í o d n o r p o u z e 0 ' 6 k Q n . Střídav4 rozsař\y.jsou cejchovárry prouden nebo napětÍm o kroitoětu 50 Hz ginusového průběhu. Uěříne.li nezkreslený einusový průběh při qyšších ťrekvcncích, je přídavná kmitočtové cřryba asi 1 2,5 % do frekvencí j 4 $ oři 10 kHz. Rozsa|\v ]oo v a 1 kV jsou určeny jen 5 <|lz a rcgtc n" oro rěřenÍ při síIovén bitočtu. Přídavnou cřrybu nůžc způsobit i zkreslený pr,}běh prcudu nebo napětí. Výchylka cřístrojc s otočnou cívkou je totiž úněrná střední hodnotě prcu. du, stupnice je cejchována v efekt1vních hodnotách. Cejchování je provcde. = 1'1l lerlletř 10 za přecpokladu, Že průběh je sinuscvý a že platí B é ž n éz k r e g l e n í s í [ o v é h o n a p ě t í b ý v Á v ě t š í n e ž 4 % a t o j i ž . m ů ž ez p ů s o b i t c l " \ y b ye r o v n a t c l n é s t ř í d o u p ř e s n o s t i p ř í e t r o j e . C W b u z p ů s o b e n o uz k r e s l e nín nclze jcdnoduše stanovit. Měření ocoorů Měření ae provádí přínou metodou' přístnoj měří proud odporem. Při rozsez{ch Q a kQ se vyuŽívá napětÍ vnitřní baterie,na rozsahu 0,1 xQ je nutno použít vnějěí zdroj asi 3o0 V. Přad něřcníur je nutno nastavit elektrickou nulu odpórové stupnice , což se prcvádí př1 zkratování svorek a 2 na rozeazích 0 a kQ ' nebo připojenén vnějěín zdroji k těm. l to svorkán na rozgahu 0'l |.Q . Nagtavcní nu].y (plná výchylka) sc provádí -160-
kncflíken
6
na pravé straně přístroje.
K dalšÍn něřením tento přístroj nebudene popisovat.
v praktiku
nepoužíváme a proto jej
d) Univo Tento univerzálnÍ přístro.i má opět něr4ý eystén s otoěnou cívkou. Usněrňovaě pro něřcní v obvodech střídavého proudu je tvořen gernaniovými diodauí. Přístroj ná různé stupnice pro něření stejnosměrného a střídavé. ho proucu (napětí) a pro něření odporů. Stupniee jsou protaže4y o 1o $ za nominální hodnotu.
,
o oooooov o o o o'o
6
o oA
UNIVO ó ,íó
I
N
IL
(JA
x10
*x.-,íň^,
3
1
5
Obr. 3 Měření napětí a pnoudu Přístroj není rrybaven přepínaěen rozsahů. Nad stupnicÍ jsou dvě řa{y zdířck' kterýní připojujene přístroj k obvodu. Horní řada zdířek elouŽÍ k měření napětí. hvnÍ z horních zťlířek (zdířka 1na obr. 3) oznaěená na ň - ff je spoleěná pro příetroji něření napětí a proudů. Druhý přívod g banánkem zapojujene při něření napětí do některé ze šesti zbývajících zdířek v horní řadě. 21eva doprava joou postupně zdířky odpovÍdající rozeahůn 3, 6, 30' 60' 120' 3oo.a 600 V. Přepínaě 2 obr. 8 je přt uěření etejnosněrných napětí přepnut do]'eva proti znaěce í - l , Při něření střídavýclr napětí je přepnut na znaěku n,t, " , tj. doprava. Pokud něřínc střídavá napětí ncaynetrická vůěi zeni, zapojujene vodiě, jehož potenciál je v absolutní hodnotě nižěí ke zdířcc '. . l l Př1 něření stejnoaněrnýctr napětÍ zapojujene k této zdířcc záporný pót. pri něřcní proudu je jeden
-t6r-
t - l z voťtlčůzapojen do zdířky , ťtru}1ýpodlc zvo}cného routahu do nězdířkán které zdířky z ťtolnÍ řa{y. Z1cva doprava odpovídají jcdnotlivýn p o l o ze přr. l, 2,6, 3o' 12o' 3oo n^' 1,2 a 6 A' Přl ctřcdní rozsařv pínaěc 2 Lze něřlt etcjnoeněrné prou{y ťlo 60 pA. K něřrnÍ na toqto rotNa těchto zdířkách lae při cahl alouží zťlíř\y 6 na pravé gtraně přístroje. stc..iné polozc přepínaěo 2 něřit ctcjaosoěrná napětí do 12o lV. Vnltřní odPři něřcní proudu jc por přístrojc na napě[ových rozsazích jc I kQ^. při olná výctrylcc 85o nV. Na rozaahu 60 pA spád napětí na přístroji (l2o nV) je vnitřní odpor přígtrojc 16,6 k Qn.
Třírla přesnogti pĎÍstroje je při něřcní stcjnoaněrného proudu a napěpři frckvencí 50 Hz. tí 1'' , při něřcní střídavého proudu a napětí 2,5 Přídavná cřr.yba nepřckroět ! zl5 i na roztahu 3 V do 1oO kHz, na rozeahu 120 V do LO kHz. f,ěřcní odoorů 1roto něření prcvédíme oornocí předIo|v, která sc zapojujc do zdířeE 6opA na boku přístrojc. Při něřrní je přepínaě 2'v polozc 1tA. Přcpínaě 5 zkratunagtavínc na rozcah }o' 1oo nebo 1Oo kQ. Svors 3 oznaělné \ jene. Potencio!6ctr.B { předtot1y nagtavíne ruěhr příatroje na nulovou výcřtylku na stupniei pro něřcnÍ odporů. Pokud by neólo nagtavit nulovou výctrylku, jc nutno vyněnit bBterii 3 V rrníctěnou uvnitř přcillottgl. Nastavení nu1y je nutno provést při každé zněně rozgahu něření odporů. Po nastavení nuly .je nutno orovést oři každé' zněně rozaahu něření odporů. Po naetavenÍ nu1y odstraníne zkrat a ke svorkán R' připojíne něřerr.ý odpor. odeětenou výcřylku na odoorové stupnici vynásobíne ťaktoren ]'o' toO nebo looo' proti kterérou je naetaven přepínaě 5 rozsahu odporů a doctanene hodnotu něřeného odporu. Přesnogt při něření odporů je asi ?,1 %.
e) c 4313 Přístroj je urěen k něření stejnosněrného a střídavého proudu a nap ě t í , o d p o r ů , k a p a c i t a ú r o v n ě n í z k o ť r e k v e n ě n í c hs i g n á l ů . P ř í s t r o j j e je přísrovnatelný s výše popeanýni příetroji Du }o a Univo. Schónaticky stroj zakreslen na obr. 4. -Proud s napětí něřit v obvodech etřídavého proudu' stlaěcnén tlačítku 1 nůžeqre při etlačení t]'ačítka 2 stejnosurěrné veliěir1y. Rozsah proudu i napětí volírne otáčenín přepínaěc 3. Přístroj je pro něření etejnosněrných proudů a n a p ě t í t ř í ť t y J ' , 5 . P r o u r l o v ér o z a a | r y j s o u o d 6 0 u A d o l , 5 A , n a p ě [ o v é při měření stejnooěrř\ých od 75 nV do 600 v. Soád napětí na přístroji prcudů není větší neŽ o'3 v. Vnitřní odpor při něření stejnosněrnýeh na. Při
pětí od 20 kQ /Y.
Hvézd,iěkóu je oznaěen ninue pól
přístrcje.
Pro něření gtřídavých proudů a napětí je přístroj třídy 2'5 . Spád napětí na příetrojt je eai } V při něřcní atřÍdavých iroudů. Vnítřní odpor
-L62-
při
něřenÍ etřídavýctr napětí je 2 kQlV.
c 4313
N a proudových rozsazích a na napěf,ových nenších než 150 V je nožno něřit ve fnekvgněnín oboru 45 až 20oo Hz. (.l něi'ení zkrecleqých signálů p } a t í t . o t , é ž ,c o j s m e p s a l i u návodu k DU 20. !éření odpolů a kondenzátorů !lěřÍne-li odpory do k '0o Q , využívá ee jako z d r o j e b a t e r i e 4 , , v , \ r yj í matelné z přístro.je. Přístroj měří proud protékající odporetr. Do režinu měňení odooru 9e zapne přístroj stlaěenín tlačítka 4. Přepínačen 3 mů. žene zvoIit jeden z rozsahů o nebo k8 . Při zkratovarglch vstupních svorkách nastavíme ponocí 5 nulovou
hodnotu na odpcové stupnici. S vnějšín zdrojen etejnoeoěrnéhonapětí 34 - 43 v n ů ž e n er r ě ř i t o d p o r y d o 5 M Q . Z d r o j p ř i p o j í n e p ó t e n m i n u s k e s v o r c e o z n e . č e n éh v ě z d i č k o u . M e z i p l u e p ó : ' z a r o 5 e a d r u h o u s v o r k u p ř í s t r c j e z a D c j Í n e něřený odDor. Přepínač 3 je v poloze kQ x 10. cbdobně s vnějším zdrcjem g t ř . í d a v é h o n a p ě t í 2 2 o Y , 1 0 H z m ů ž e n en ě ř i t k a p a c i t u k o n d e n z á t o r ů . Totc napětí přioojíae ke vstupnín evorká.o příetroje a kondenzátor uezi svorku cznaěenou hvězdiěkou a avorLu 8 . Při tonto režinu něření nusí být gtlačenatlaěítka2a4. 0br.4
2. D I G I T Á L N Í
MULTIXEIR
OlOOl
500
S d i g i t á l n í m i n u l t i m e t r y n ů ž e r n ep r o v á d ě t s t e j n á m ě ř e n í j a k o a a n a l o . govýlol. Jeou však většinou o řád přecnější a na napěíových rozeazích nají u n o h o n á g o b n ě v ě t š í v a t u p n í o d p o r n e Ž a n a ] . o g o v ép ř í s t r o j e . P r i n c 1 p j e j i c h ěínnoeti je stručně popsán vo ttatt 4.l.J kni|y Ll] . V praktiku používaje třídy přeenosti o,2 a rrnožňuje něření stejnosoěrných ný přístroj (1oo pV - 1ooo V) a otřídavých (l0o pV aŽ 'oo v) napětí a proudů (Ioo ; t A u ž 2 A ) . K r o n ě t o h o j e m o ž n on ě ř i t o d p o r y v r o z a a h u o ' l Q až 2 M Q. Dieplej je 3 L/2 oístqý. Polarlta napětí a proudu je vyhodnoeována automaticky
na všech pÓti
rozeazích.
Vstupní ovor$t nejoou zenněny.
-163-
re
ovládací
prvky
lelní
pancl s ovládacíoi
prv\y je zakr:eslen na obr. 5.
G- 1001.500
+,1 3 ''l 5
Obr.5 1 . tlačítko pro 2 - t].ačítko pro 3 - tlačítko pro 4 - t}8čítko prr
měřenÍ odporů něřenÍ napětí roěření proudů
m ě ř e n í s t Ě í d a v ý c h p r o u d ůa n a p ě t í r n e s t 1 a č e n o . s t e . i n o s m ě r n ér o z c a l t y ) tlaěítka rczaahů o'2 12 i 20; 2oo ; 2Ooo 'nA ' v' kQ 5 ...9. 10' 11 - svorsr pro měření odporů 12' 13 - svor$ pro rněřcní proudrl a napětí 14 . diaptej
s údaji o polaritě
Na zadní stěně nříatroje
. desetinné ěárec
je urrístěna:
1 j . s v o r k a s t í n ě n í p ř í a t r o j e ( n e j c d n á s e o u z e Í n ň o v a c ís v o r k u ) 16 . poteneioroetr prc nastavení nuly digpleje S t e . j n o g m ě r n én a p ě t í vo].iěe rozsah.l. J e s t l a č e n o t ] - a č í t k o2 a n ě k t e r é z t l a ě Í t e k ' . 9 N e z n á a e - l í p ř i b l i Ž n o u h o d , r o t u m ě ř e n é h on a p ě t í , v o l í n e n e j p r v e n e j v ě t š í rozgah 2Ooo gtlačenín tlgčítka 9. Na tonto roztahu je nožno něřlt nejvýše n a p ě ť í l ' 1 k v . U z e l s n i ž š í mp o t e n c i á l e n v ů č l z e u i n u g í b ý t p ř i p o j e n k e vstupní gvorce r] (rc). Napětí na této gvorce vůěl zeni neení být při žádnén rněření vyšší neŽ 25o Y. Ťuto hodnotu napětí vůěi zeni nesmí překroěit ani potenciál stínění (svcrka 15). }{arozgazích o'2 v a 2 V je vstupnÍ odpor příatroje 1oo IQ na octatníeh rozgazích 10 líQ . PřÍctroj je chráněn pokud na ťozgguích o,2 V a 2 V ncpřekroěí napětí nezi svorLanl B I (12) a I,o (13) hodnotu 2Oo V, na oetatních rozcazích l'l.
-16{-
kv. Při
něřcní ne
obvodcch n"oťlděIenJ'ch od ro'vodné cítě
nesuí toto napětí překroělt
Přeonost něření jc příbližně t o3 r t t aiglt.
2,o v.
proud
Stc'inocněrný
rtg etlaěcno tlaěítko 3. Při něření neznáného proudu volíne neJprve ngjvěttí proudový rolaah tlaěítkcn t a poatupně rozca|5r znenšuJeuc. Příatroj nená autonatickou ochranu vůěi přetíŽaní. ho dovolená napětí vetup. ních gvorck 12' 13 vůěl zen1 platí |o|éŽ' jako při něřcní stejaoeněrných napětí. Přl něřcní na pnoudových rozaazíc}r aeaní být napětÍ nez1 gvorLaml 12 a 13 většÍ ncŽ.|t5 V na rozeazích o,2 a 2 ú, 2,, v na rozcahu 20 EA, 7,o nV na rozoahu 20o lnA g 4o0 mV na rozeahu 2ooo nA. Při něře-
ní nonináIní hodnoty rozsahu je epád napětí na příetroji 3oo nV. Poněr dovoleného napětí na vttupnÍeh svorkách k hodnotě 3o0 nV utlává proudovou přctížitclnoat příetroje. Přegnost něření je přibližně 1 o,4 % 1 t aiglt. Střídavé naoětí tleou etlaěcna tlaěítka 2 a 4. Rozsah volÍne etejně jako v předchozích případcch. Přígtroj něří efektivní hodnotu napětí sinusového průběhu ve frekvcněnín oboru 45 Hz - 20 kltz. Při zkreglenén průběhu je cřryba něření
těžko q7hodnotitelná. V obvodech oddělených od gí{ového rozeahu nůžene něřit efektivní napětí do 5o0 V (na rozgahu 2oo0 Y) v ncodděler1ýeh poute Ucf = 2,o v. Vstupní impedance příetroje je přibližně 1 IQ l 90 pF na všech rozaaz!.ett. Přcanost něřcní ;c l o i % ! 1 digit. Střídav.ý oroud
Jso'r gtlaěcna tlaěítka 3 a 4. Rozsah vo1íne jako při něřenÍ stejno. eněrného proudu. Příatroj něří efektivní hodnotu proudu sinueového průběhu ve frekvcněnín oboru 45 Bz 20 kHz. Přetížítelnost přístroje zůstává jako při ste3noeněrr1ých něřeních, napětí na vetupních evorkách stejná, nesmí být větší, naŽ při něřcní gtřídavého napětí. Spád napětí na příetroj1 Je ael o'3 v. Přegnoot něření 5e 1 o,8 % ! l digit. Iěření
odporů
Je stlaěcno tIaěítko 1, necní být stlaěen voliě střídavých rozsahrl, tlačítko 4. xěřenj| odpor připojujeme mezi svor\r 1o a 11. Jeho velikost ae vyhodnocujc z napětí na odporu př1 průchodu definovaného proudu. Hoťtnoty něřícího proudu jcou v náslcdující tabulcc: Rozsah 0r2 kQ 2kQ 20
26 2000
kQ
ko LQ
f,ěřící
fOi!A lnA OrlnA 10 pA
lpa
-165-
-
proud
Citlivost 0 '1 Q /dígLt, 1 Q /dLeít 10 Q /aígíI 100 Q /dlsIr r kQ /dlsLr
Pří něření neení být odpor připojen
k vnějšínu napětí. Přeanost
odporů je
3o,5r3rdigit.
Důlcžitá uoozorněnÍ Přístroj nená sífový výpínaě ani voliě aí{ovóho napětí. Zapínáne Jej zasunutín přívodní zástrěky ťlo gítě 22o v 50 Hz. Po 10 nlnutách provozu by měI ťtisp}ej přl zkratovaných vstupních gvorkách ukazovat nulovou hodno. rozeazích. Případr5l poouv nuly jc nožno tu 1 t digit i na ncjcitlivějšíeh korigovat
potcncionctncn
15.
něření negmímcpřekroěit maxinální povolcná napětí na vetupních gtínění ná vůěi svorkáeh 12 ' 13 g na gvorcc 15 spojené cc stíněnín. loto síř:vénu vinutí napájecího trangfortátoru kapacltu cca 25o pP a přce tuto k a n a e i t u j e n a g í f o v é mp o t e n c i á l u , n e n í u z e n n ě n o . Při
Při urěřcní proudu a nap1tí ncsní být ke svorkám lo' ll por. Při něřcní orlporů ncsmí být zapojeqy svor$ }2 a 13. vnější napětí. Na svor$l l0 a 11 nesmíne přiloŽit
přlpojen
oťl-
3. K o lí P E N z í' T o R Í K o n p e n z a č n ín e t o d a n ě ř e n í n a p ě t í j e p o p s á n a n a p ř . v k n i z e [ 1 ] v ě l á n . ku 4.3.2.2. Zde je uvedeno i zapojcní konpenzátoru Qlt(. v praktiLu měříne buň s tímtc konpenzátoren nebo a novějším typen L 12o. Uvcdenc zde stručný technieký popie a návod k cbsluze obou koopcnzátorů. a) Kompenzátor QlT 4,, v suchou baS o u p r a v a c b s a h u j e ' i a k o z d r o j p o n o c n é h op r o u d u ( i p ) kterýu baterii veterii'. V:bvodu 5aterie je zapojen přepínač1 (obr.6), glouží dva regulaění odpory oínárnc do obvcdu. K regulaci pornoenéhoproudu jini proud l nA na milipomocný (hruuě a jenně). Nagtavujeue a n. \ a n r 4 r m e t r u . S v o r k y . Z r r n o ž ň u j íp o u Ž í t v n ě j š í b a t e r i e . V o b v o d u k o n p e n z o . vaného napětí je zapjat eitlivý galvanoněr G (asi o,25 pA./dÍlck). K aretaci galvanoměru a scřízení jeho nulové polotty slouží knoflík (K)
U,. na tubusu, jehož stlačenÍn .Je galvanoněr aretován. Přcpínaě ] v poloz. Un zaoojuje normální ě1ánck (legtonův ě}ánek), který přlpojujem? na svor$ a o o u Ž í v á n c j e j k p ř c s n é n u n a s t a v . n í p o n o c n é h op r o u d u a k . . i c h o k o n t r o l e . napěřový kompcnzát.ot a to rozsat5| V ooloze o - t'oo přepínač 3 připojujc 15 nV, 15O nV, 1500 mV, takže na evorkách Ux }ze něřit napětí do 15oo nV. V polozc o - 600 V je napě[ový dě}ič lJ v, 60 v, 150 V, 3ffi V, 600 V.
-L66-
D
připojcn
na rozoa|5r 3 v'
6 v'
Y9p
?q
QE a TL o
o
íi
T1
O
Q,mv
Obr. 6 přístroje
Příprava
k něření
Konpenzátor položíne přibližně do vodorovné polo|ty. Poqytáhneme knoflík na vrchu tubusu galvanoněru až na doraz, ěínž je galvanoněr odaretován a poton jej seříťlíurepootáěením knoflíku na nulu. PřeevěděíDe 9e' zda-ll spojka u gelvanoněrových evorek A, B, C je zapojeaa tak' že B je propojeno 6 C . C}reene-li boužít gaIvanoněru cit].ivějšího (zrcátkového)l což ae do-
zejnéna při přeených něřeních na rozgazích 15 nV a 150 nV, r5rpneme spojku ncz1 B a C a vnější galvanoněr zapojíne na avor$| A' c .
poruěuje
použití vnitřní baterie přepnene přepínaě (1) . baterle - do poloa vněJší baterii do polo}ry "vnější" hy "vnitřní" ' Přl vnější baterii připojíne na evor\r Z (dbáne polarity) v kompenzátoru nezáviale na too, je-li vnitřní baterie zapojena nebo nlkoliv. Regulaěníní odpory R' a R2 pro hrujennou ponocď proud přesně nr 1 nA pod].e \rmontovaa ragulaci bou nastavíme Při
ného přístroje. Uěření napětí do 150o nV přlvádíne napětí' které Konpenzátor připravíne k měřorrí. Na evor$r U' přepnene nrěřít. chceme Dělj.ě napětí aa rozgah nejblíže v;ršší něřenáru napětí' tj. 1' uV' 15o nV nebo l50o nV. Přepínaě J přepnene do pol.o}'y "o - 1500 nV". gi přeťlcn nagtevíDe na hodnotu napětí napřed alěřeného D€ k áEy konpcnzátoru Nejprve gtlaěíne přepínaě 2 do pololty .hrrubě" a pozo. ruěkovým příatrojeu. Při výct1ylcc přectavujenc rrujene galvanoněr. tak dloudekáily konpenzátoru ho, až Je gal.vanoněr na nul.e. Přepínaě 2 ctlaěíne potou do oolofiy .jemně" a poeIcdní (drátovou) dekádou upravíms galvanoněn na nr[u. Napětí v nili. a nágobíne příslušnýu převodnín voltecb ětene ná ťlckádách konpenzátoru
- r.6? -
-
ěiniteleu
rozgahu.
Kontrolu ponocného proudu provádíne taL, že cJ.eduJenc, zda-Il tndikátor (ni.11anpérnctr) ponocnáho proudu ctátc utazuje přesně 1 nA ncbo nornálnín ělánkcn, a to takto: přrpínaě 3 přrpnc!. do polol1y Uo (ěláack př1po- galvanoněro.icn na Un ), ilrkády naatavÍne na hodnotu ělánku a přcpína6 ponocď proud nezněněn, galvanoněr . Je-ll vý - etlaěíne oo polo|ry 'jcunl" ee ponocď proud, opravÍnl jcj ncpatrnýu přoctazůgtává na nulc, zn&ttt-li vcnÍn odporu
L
.
IěřenÍ napětí wóších neŽ l.5
V
Dě}!ě napětí přcpnene na rozsah ncjblížc
3 V, 6 v' l'
qyĎší něřenénu aapětí,
v' 30 v, fu V, l'o v' 3oo v a 600 V. lla cvorp
tj.
ut přivádí-
ne něřené napětí. Přcpínaě přepnenc do polotv "o - 600 v. . Dalěí poctup jako přl něřcní napětí do 15oo aY. Hodnotu napětí ětcne na dckádáchikonrozcehu penzátoru v ni1ivo1tech a nácobíue příclušqýu převoťlnín ěiaitelon uvedcnýu aa příetroji. Iěřcní
oroudů
lěření proudů provádíne ponocí odporového nor.rnálu. odporový nornál RN ae zapojí do proudového obvodu podlc obr. 7. Průchodcu proudu vzniká (z toho I' . U'Áo )l I' U' . na odoorovén nor.nálu úbytck napětí \ . naetatcchn1ekého koupenzátoru. Na dětiěi U' které přivádíng na cvor\r nV. vírne rozaah nejblíže qyšší vzniklénu napětí, tj. 15' 1'o nebo 15oo Další postup něřcní jako při kompcnzac1 napětí do 15oo nV.
aa
' Iěření
aoo
oo
aao
Obr. 8
Obr. ? odporů
(vir ae zapojí d> séric a odporový:n noroále! lÍeznáqý odpor L \ přtpojlt buá odporoul P nůžrnc ke avorkán obr. 8). Pooocí přcpíaaěr vý nornál ngbo nóřcď odpor. Velikoat ncznáného odporu urěujeDl .lovlúÝ..í
-168-
B8todou. Napětí na neznánén odporu U' a na odporovén nor.nálu UN zglěťíne konpcnzátoneu způaobcopopcaryÍuvýše. Velikogt odporu je rovna
u_
\=-i-i"
UNN
b) Koupenzátor L 12o Konpenzátor je konctfuován jako dvouobvodový se dvěoa aanoetatqýul zdroji ponocného proudu. oba zdroje jsou stabi1izovár1y teplotně kompenzovar\ýEi Zenerov;[ui diodani. Ponoer1ýproud nelze re8ulovet, stabilizaění obvod zaruěu.ic jeho nezávigloet na zněnách sířového napětí. Potencionetric\ý obvod je tvořcn čtylbi dekádaai, ovládanýui přepínaěi P3 aŽ Pó.
Dvěua probíhá ponocn5l proud 1ú, dvěna' 10 A při rozgahu 1 v. ř dekádán jsou ořipojer\y boění\y, jí'niž něníng ponocný proud v dckádách. $to boě. níky jsou tři e .isou zapojerry na rozcazích 55o nV, }1O nV a 55 nV. ovtá. dajÍ ce přepínačcn P2 . l|a rozaaztcit do l V věetně nezatěžuje konpenzá. tor něřcn5l zdroj. Ovládací prvky Na obr. 9 je gehéuatic\r zakreglen pohled chora na ovládací konpenzátoru.
L 120
lrl,lr
lrlrlrlrlrlrlrl
?PrBP.P.P. Obr. 9 1 - eířový wpínaě 2 . 1aat8vení nuly galvanooetru 3 . pouzdro žárov$r galvanonetru 4,,,6 - přepínaěe cíttivoati stupnicc galvanoB€ t ru 7
- t69 -
-
prv\r
8,9 . vgtupní svor\y pro něřgní napětí uk 1 v 10'1I - vetupní svor$ něřcného napětí uz . 12'13 - vctupní svor$t uěřcného napětí U2 14']'5,16 - tlačítka pro volbu něřcného napětí Pt , P2 - přepínaěe rozgalrů P3 , P{ , P' , P6 - přcpínaěe potenclonetrických Postuo při
dekád
oěřcní
zapneno stlaěcnín tlačítka I. Pogunováníu a otáěenín pouzdra žárovky 3 nastavíne rovnoněrné oevětlení stopy na stupnici galvanon€ t ru. Šroubcn 2 naetavíne cvětelnou 9topu na nulu stupnice. Přístroj
v' připojíne něřcný zdroj na Budene-ti něřit napětí oenší než l'll některé z dvojic vstupních svorck 10, II ěi 12' 1J. Při zapojení něřcného zdroje nusíne doťtrŽovat polaritu oznaěcnou u svoreL. Podle zaFojeďcb svogY, rck stiskneoc příclušné tlačítko 1{ ěi l5. Je-ll napětí ncnóí neŽ 555 'BV", P2 nactavíne předna přepínaěl do polotty nastavínc přepínaě P' P3 až P6 vyrovrúnc Etopu galvanonelru Íra poLládaný rozaah. Přcpínaěi galvanometru (etiaknutí tleěítka {). nulu nejprve př| nejnenší citlivoeti kťty je atlaěcno Postupně pak nettgvíoe nulu i při qyšěích citllvoetcch, tlaěítko 5 nebo 6. Nelze-}i nagtavlt světelnou etopu na nulovou hodnotu' jc buá zvo].gn nevhodqý rozaah' nebo jo uěřené napětí přcpólováno. Po vyrovnání koopenzátoru odeěteme naatavené hodnoty na přepínaěích P3 P2 se nágob( hodnoty na přcpínaěl Pt až P6 . Úaa;en na přepínaěi .BV. která na přepÍnaěi hodnotu , ,í Pe . V danén případě jsne nastavili joou přcpínaěích P' aŽ příklaťl na nectrl udává řád něřané|ro napětí. Jako P6 nastavar\y hodnoty nT - 50-5-1-5-2 . llěřcaó napětí budc 50 x 1,162ďI= 27311 uV. Je-li něřcné napětí v roznezí 55) gY až l,11 V, nezáleží na nactave. .v. . P2 uuoí být naetavcna hodnota P' , na přepínaěl ní na přcpínačl P3 aŽ P6 Bodnoty nagtavcné po vtr'rovnání stopy na nulu na přepínaěÍch násobíne kocflcicntcn
o,I
. Iěřcaé napětí wjdc
vc voltccb.
kc zdroj, jchož napětí je větší ncž 1'11 v nutÍBc přlpojit Iěřcď cvorkán 8'9 . Vstupní děrtě jc ovládán přcpíaaěcn Pl v šcstl polohách. a je stIaěcno tlaěítko 16 (uk). P, jc nactavon óo polo}ty 'vi Přeoínaě DeIší poatup přl něřcní Je ctcj$t jako přl něření oalých napátí. Jako na. Pl přík1ad pro vyhodnoccní odcětcr1ýoh hodnot uvcilne, žc aa přepínaěích , Iěřcná napětí budc aŽ P6 jeou nactevcny hodnoty 'o-Y-10-7-?-? y r !18185 V. 50 t LO,?77 konponrátorcu 1 odpor:y, proud a výkoa vc Kroně napětí nůŽclc něřit e konpcnotcjnoeuěrnén obvodu. hvá dvě oeto{y byly popcárry v Eouvlsloeti zátorcn Q|IK. Iěřcní výkonu cpoěívá v aáalrdnén zněřoní proudu a napětí na . ! pV. Bclatlvní clvba o'l t:5 Přcgnoet něřcní c konponzátorcn 5e cc u:lěujc z něřcné hodnoty. Přcgnoat Jc noŽno kontroIovat něřcnín aapětí zÁ|ěŽL.
-170-
nornálnÍho festonova okolo 10 až 3oo c a
ělánku.
Přeanost
néření uá.být
přt aÍřovénnapětí 22o v t t o s .
4.ELEKInoilIcKÍ
zachováns při
teplotě
VOLTIETRI
Přeitnogtí elcktronlckých něřících přígtrojů vůči ručkovýu příctrojůo je přcdcváín vclký vetupní odpor, vclká citllvogt a široký frekveněaí gtati popÍšcnedva typy těchto obor, vc kterén se daJí pouŽívat. v táto příctrojů, nízkofrekvcnění nilivoltnrtr BI '12 , který je běžqýE typoa anaIogovéhocIektronického něřícího přÍatroje a d1gitální niknovo1tnetr. pikoarnpéruetr modcrnější konccpce. a) Iilivoltrctr
BU 512
Tínto příctrojeo lze něřlt efektivní lrodnoty nepětí signátů sinusového průbětruve frekveněnín oboru 10 llz až 10 IBz. Nejnižší rozcah je ns rozaezích 1 nV, nejvyšší 3oo v. Vctupní odpor příetroje je 0,5 IQ . Clyba něřcní závLgí na knl} aŽ 3oo mV, na vyšších rozcazíeh je 1 IQ toětu a zvolenéE lozaahu podle nácledující tabulky' C|vba při knttoětu 0'5 - 5 llHz 10 IHz 50O kHz
Rozaah
lnV - lV 3V - 30V 100 v 300 v
5-IOIHz
1r
3' 1' ,% 5 % do lOO kHz
je úněrná gtřcdní Výclvlka příatroje v eťektivních hodnotách.
1%
8t
6% 5%do1líHz
hodnotě,
etupnlce
je vyneeena
Ovláťlací prvky čcrnt panel je achénatic\y zakreclen na obr. lO.
BM 512
1 2 3 4 5 ó ? o
Obr. 10 -171-
:sffi::::""::_-
. . . . -
kontnolní žárovLa gílový qypínaě t].aěítko kallbracc přgpÍnaě rozsahů naatavení kalibraee vstupní konektor uzcrnňovací epojtsa
KaIibrace přístro.ie nastaPři kalibraci Provádí 9e po t5 minutách od zapnutí příctroje. a stlaěíEc tlaěítko 3. Po l0 g zkontroluvírne nřepínaě 4 ťto polotry 1V jene, zda couhlaaí po}oha ruěky sc znaěkou ns stupnict. Odc|vtku qyrovná. me potencionetreg 5, kterýu lze otáěct ponocÍ lroubováEu. Běhen delšího zopakovat. nrěření .ie vhodné kalibraci Měření napětí Měřené napětí ee přiváťtí na vstupní konektor 6. Při propojené cpojce 7 je vnější elektroda konektcru uzenněna a na vnitřní zdířce něříne napětí vr1či zerni. Toto napětí neení překročit špičrovou hodnotu 45o v. Při rozpojené apojce měříne s plovouc{ zcmí. Napětí vnější elektro{y vůči zemi neguí překročit 2,o v.Odečítání něřeného napětí ee provádí na stupnici buů v abgolutních hodnotách nebo v lrodnotách úrovně v decibelech. Při ode. čítání úrovně se rrychází z definice
x'10t".f
' 2ot".+
IdB]
P2 , U2 něřeď Zde ..ie P} , Ul referenění hodnota výkonu nebo napětí, l nU ná odpovýkon s nápětí. Za refcrenění hodnotu se bera výkon P, o,7T5v. ru R=6OOQ , takže u'={{í. b) Mikrovoltnetr
- pikoampérnetr BI 515
napětí a proudů je rrrěen k přesnénu něření stejnoaěrďch Přístroj proud n&olik pV, v rozgezí 9 řáťlů. NejnenšÍ něřitelné napětí .je několí'k je nožno zapojit pA . houdy lze něřit ťlo 2 A, napětí do 1ooO V. Přístroj do digitélně řízené soustavy s interťejaen I!|S Í. Lze ho též použít jako nízkonapětová svorLa nemusí stejnooněrný zesilovaě. Vetup je aeynetric(ý, být uzenněna. Na nejnižšíro rozsahu je c|ryba rněření 1 (o,' ÍĎz naněřené hodnoty + ol5 s z něřícího rozsahu + ]. diglt + 2 vV), tedy asi ! 3 pV. chyba Na rozsahu l nV se abgo}utní ctyba zvyšuje agi na 5 [V' relativní V' kťle je až nV l rozgazích lo se však znenšuje. Nejpřesněji Ize něřit ne ctryba něření,! (o'1 t z naněřené hodnoty + o'1 t z něřícítio rozsahu + + 1 digit). Na těchto rozsazích ná přístroj třídu přeenosti o)2. lía vyšších rozsaz{eh ná přístroj aai deaetkrát nenší přeanost. Je zde přibližně tříťly přeenosti I,5 až 2,5 . Na proudových rozsazích je krouě výše uvedených clvb přídavná c|5rba t (r t + ] pA).
Ovláťlací prv}y Poh1ec na přddní a zadní stěnu příatrroje na obr. 11.
-t72-
je echénattcky
znázorněn
BM 545
al
bl
Obr.11
I
indikaění panel l. 2 - tlaěítko "FIL!R" ] . přepínaě votupního odporu 4 . přepínaě frrnlce měření nsoětí a proudu 5 - tlaěítke pro přepÍnání rozaahů 6 . vstupní svorka napětí do 10oo Y ? - votupní svcrka pro něření proudu a napětí do ]o0 V 8 - svorka plovoucí zeně 9 . sířový wpÍnaě l0 - naatavcní nuly zadní atraně přístroje
(viz
obr. ltb)
l1 - zennící svorka 12 - svorka pl-ovoucí zeně 1] - gí[ová záeuvka 14 . voliě sířového naoětí 15 - pojistka 16 - anelogový výetup 1? - pauě{, 18 - kryt konektorů pro prácl 19 - ovláťlací prv\y IIS
-173-
v IllS
jsou rrníatěrry násleťlu.íícÍ prvly
Polynv
k obgluze
uvcdenc do chodu po připojenÍ aílového napětí Etlačenío tlaPříetroj ncnají být etlaěcna a čítra 9. oatatní tIeěítka při zapínání přístrojc je indikováno rozavíccnín Zapnutí přístroje uěřcný eignáI není přlpojcn. údaj na indlkaěnío a sledujene dicp1eje. Stl'aěíne tlaěítko rozgahů l mV pane1u. Je-1i záporrr5ý, nactavujcoc otáěcním knoťlíku 10 vpravo nulu ne Jcdnou přibllžně za ťticple.ii. hotožc správný úťlal ac objcví na dlgplgjt jeťlnoho 5 s, rryěkáne po každéo pootoěcní na nově zobrazený údaJ. tJkoněcní cyt<1uněření je indiLováno tcěkou v levén hornín p6[q diapleJc. Neatavení nu\y kontnolujene běhcn delšího něřcní i na. ogtatních používaných rozga. zíeh. Př1 nestlačcnén tlaěítku 4 uěří příotroj napětí. Při něření předen poatupneznáného naoětí nastavujenc vhodný rozaeh od nejnižěí cltIivosti r1ýn stlačcním tlaěítck 5. Pokutl není ctlač€ n ol tlačítko 3, je vetupní odpor přístroje too kQ. Při gtleěenéE tlaěítku 3 je vetupní odpor na rozaahu na rozealru 1 nV větší neŽ 'o uQ ' na ootatníeh too pV větší neŽ 2IQ, rozsgzÍch je lOc MQ . PřepínánÍ polarity něřeného napětí ProbÍhá eutonaje znaménkenninus indikována záporná polarita. ticky, na displeji
běžďch něřeních je svorka 11 propojena ponocí uzenňovací pásky ge cvorkou ]'2. Cheene-li použít příctroj v zapojení s plovoucí eenír BUaíne rozDojit svorky 11 a 12. Při rozpojených svorkách 11 e 12 je obvodová zegě izolována od koctry odporen ro9 Q a kapacitou 68 nP. tlaxinální napětí nezi obvcdovou zemÍ a kottrou oůže být 21o v. Při
Vadí.ti při něření pronikající sířové napětí, znenšíne jeho vliv za. je nutřazenín vetupního fi}tru stlaěenín tleěítka 2. Při zařazení filtru rozeazích. na nejcitlivějších no znovu nactavit nulu přístroje Při něření proudu je nastavenÍ příetroje pětí, pouze je navíc gtlečeno tlačítko 4.
ste.iaé jako při
něření na.
řÍzeqýc|t sougtav Pro činnoet přístroje při jeho zapojení do digitáIně v praktiku nepoužínrajÍ záeadní význan tlaěÍtka 19. V této funkci přístroj váoe a proto jejieh ěinnoat nebudcne popiaovat. Poznanene.ime pouze, že oři nestlačenén tlačítku 54 (cpoťtní) je nutné přivádět externí taktovací pouze při etlainpuley. Interní taktovací inpuley řídí ělnnost přístroje ěcnéruS4. Není.l'i tedy příatroj zapojen do digitá}ně řízeného ayeténu' nugí být tlaěítko S4 gtlaěeno.
-u4-
,. uN I vER zÍ,tnt.
čÍ rr
ěn
čítaěe jcou nejpřccněJšíni e].ektnon1ckýui příctnojl, ee kterýui ce je jgji.eh praktiku. popeán cctkávánc v hinelp atnučně činnostl v ělánku 4.1.3.2 kntly [1] , podrobněJl v rnize iz]. a) 0ítaě gl
52o
Tento ěítaě rrnožňuje přeené oěření lnitoětů do t2 f \tz pro gignály větěÍ než 50 uV. Přístnoje lze rovněž použít pro něření délky perio{y, ěaeových intervalů' šířky lnpulsů' pouěru Initoětů a k prosténu ěítání iopulaů. čacová základna je odvozena z krystalového osciIátoru, jehož stabije wveden na konektor, takže lita je lepší než 1.1o.8. vy"tup oscilátoru příatroj nůže cloužit jako zdroj přecného knltoětu. Výsledek něření je indikován šeoti digitror1y 9 autotratickýu přepíná. nín desetinné ěár|ry a označení druhu oěření. rndikace je vybavena panětí, kterou je nožno ryřadit z funkce. Stav paněti je v tóau BCD vyveden na konektor a údaje nohou být zaznamenávár1ytiskacín zařízenín. OvládacÍ prvlv celnÍ oancl g ovládacíui
prv$
je echénatic\y zakreslen
na obr. 12.
1 - sířový wpínaě 2 - přepínaěe funkcí: tEsT - ganokontrola fn - něření knitoětu pua Tn - něření periody na vstupu A oln - něření tl.a
na vstusignálu
násobku periody
- něření ťlélky ěagového intervalu
t^/tB.
Obr. 12
příetroje
něření poněru signálů
||AN . ěítání inpulsů přivedeďch na vstupu A Nt,L - tlačítk8 ruěního nulování d1epIeje
3 - tlaěítko paoětí 4 . tlačítka rozgahů 6 . inťlikátor otevření hradla 7 - volba doby indikacc 8 - konekton vatupu A
-L75-
I
9 - tlaěítka děliěo vstupního aapětí A 1o - ne.tevcní úrovnó apouětěoí A vatupnítro 1npulau l 11 - přepÍnaě poIarlty 12 - qypínač odděIovacího kondearátoru vstupu A 13 - koncltor vctuPu B - ovládací prvky jcou ekvlvalcntní 9 aŽ L2' příaluší 14'1''16'l7 ke vatupu B 18 - tleěítka ruěaího ovládání ěítání v reŽinu IAN 19 - šcatioístr1ý dicplcj. Na zadní ctraně příctroje jaou kroně volíěc sířového napětí: výetup přeaébo tnitoěpojigtEy a cílové zácuvty, koncLtor' plo titkárnu' tu' vttup cxterního kn!toětového nornálu a přcpínaě na externí noruál. Rcžin TESŤ PříctroV tonto rcžiuu cc provádí kontrola cprávné funkcc přístrojc. gtlaěcno tlajen je něřcn toitoěct vnitřního krystalového oac1látoru. tle ěítlo tEst. hověřu.je se funkcc potencioltctru 7 a ěinnoat příatroje na všech rozaazích. V tonto případě gc něří frekvence l0 IHz. Tuto hodnotu 1 pe aŽ lzc zobrazit na ťlicplejt pouz€ pro intervaly otevření hredla 1o nc, ne ostatních rozsazích se zobrazí jen příc].uár1ý výaek u něřené hod. noty (např. nB rozsahu o,1 ps úťlajoooool. (0) IHz, poslední nrůa výelcťlku oc nezobrazí). lěření
tsoitoětu
je něIěřený cigná} převádínc ae vstupní koncktor 8 (vetup A). Pokud řcný krrritoěct nenš! ncŽ 1O llz, jc nutno ctlaěeníu 12 lypnout oddělovací kondcnzátor. Na přcoínači funkcí 2 stlaěíne tlačítko f^. Regulaci vclikotti vstupního n3pětí provádína hrubě dětiěi 9, ninináIní vatupní napětí je 50 nV pro einusový průběh, oaxináIní 25o v při poloze 1:1oo ťlěIiěe 9. Rozsah volby úrrvně spouštění 5c t o,5 V při ťlěIiěi v poloze 1:1. Nastavcnín přcoínaěc l1 }zc volit opouštění kladnou nebo zápornou hranou pulotcvřcní |radla. su. Rozeah se volí přcpínaěi 4, které ovládají lnttrval (ncní-Ii Etlaěcno tlaěítko 3 - paně[) sc Doba indikace údaje na diaptcji nastavujc potcnciometrcn 7. Výalcdck je zobrazcn v xBz ncbo kHz a autoDa1 l tickýÚ přcpínánÍn degetinné toě\y. Přegnost něření frekvencc 5e d1git. 1 přcenoct ěaaové zákIatlry (néně než 10-í). těřcní
délb' perlody
l|ěřcný aignÓl se opět převádí na konektor 8. Jc et]'ačcno tlaěÍtko Tn na přepínaěi funkcí 2. Poatup při něření je obdobď jako při něřcní krni. toětu. Při tooto režinu něření. je důležité nagtevit vhodné nísto epouětění. Pctcncionetrco 1o ac dá poaunout (t 50 V v polozc 1:l.oo) hodnota vstup. ního napětí, při jcjíož dogežení vzniLne inpula k buzení dalších obvodů čítaěc. Při otoěcní potenciouetru ve cněru + Bo pogunuje úrovcň spouštění vc aněru klaťlné po}ar1ty. Pcdle polo}ry přepínaěc I1 reaguje přlton buč na vzcgtupnou
nebo scstupnou hranu eignáIu. -176-
ilěřegí násobků déItsv periody xěřcní je obdobné c přeťlchozÍn' je však gt].aěeno tlaěítko nTo^ Přc. pÍnaěc funkcí 2. t|áeobly n ge volí přepínaěcn 4 v rozmcz! } - Ioě, EěřenÍ ge vyhodnocu.ic vždy v niLrocekundách. V tonto režinu nusí být zapnuta paněI, ]. Měření ěagového intervalu V t,outo režl'nu něříne délku časového 1ntervaIu nezi dvěna inpulsy ořicházejícími z dvcu nezáviclých zdrojů. Spouštěcí impu1a přivádíne na konektor 8 (vatup A), lopula ukoněující něření na konektor 13 (vatup B). };ěření se prcvídÍ obdobně jako něření periody. Přesnoet něření záviaí na Doporuěuje ge proto prosnrávnén nastavení úrovně spouštění a polariQl. něřit epouštěcÍ iopuls a nactavit čítač v reŽinu lo a pak teprve přepnout s nagtavit úroveň cpouštěnÍ vstupu B. na režin t.-. Ve funiei tl-g lze něřit šíř!u irupulsu a otrnoot jeho hran. Měřený lllou]'s se pak přivádí tlo obou vstupů. Volbou polarity vetupů lze do. cáhnout toho' Že éítaě se spcuští náběžnou hrenou pulsu a zagtavuje sestupnou. Posouvání úrovně spcuštěnÍ dcvclu.ie stanovit stPÍlost hran puleu. Iěření
r'cměru kmitoětů
N a n ř e o í n g č í ť u n k c { .2 j e s t l a č e n o t l a ě í t k o ť ^ / t B . N i ž š í k n i t o č c t se přivédí na vstup B (konektcr }J)' vyšší na vstup A (konektor 9). PřepÍnači 4 se vclÍ rczsah. Při rrzgazích 106 až tO8 je deeetinná teěka rnioo 'oýt stlačeno tlaěítxo 3. rczssh a neináikuje se. V tonto režinu mueí šítánÍ iopuleů Přepíneě funkcí 2 je v poloze lAN. ltěřený signál se přívádí na vstup ( k c nektor 9). Pc stlaěení tlaěítka ]'8 ae zaěnou počÍtat přicházející A inpulsy. Počítání se zastaví při vrácení tlačítka do výchozí polo|ty. Nu. je indikován poěet lování ce provárlí stlaěenín tlaěítka NIJL. Na displeji impuls.1 bez udání jednotky. Při měření nesnÍ být stlačeno tlačítto 3 P..btĚŤA . by zůstal výsledek ěítání zaznamenánna c]ispteji, nastavíne pot e n c i o n e t r 7 I N D I K Á C Ed r l e v é k r a j í p o l o ř t y ' ó n
b)čttacG-locl.'oo J m o ž ň u j ep r o v 4 ť l ě t o b d r b n á n ě ř c n í j a k o č í t a č B [ 5 2 o . Č a s o v á z á k l a d n a je odvozena zs zabudcvancho krystalového osci'1átoru kmitajícÍho při je aei '.1o-5 , tedy horší než u výše 1 MHz. Stabi]'ita oseilátoru ^t/f ponsanóho čítače. Výsledck je indikován na pětinístnén displeji s vyznallHz č e n í r td e s e t i n n é t e ě k y . K n i t o č a t j e m o ž n on ě ř i t v r o z s a h u 1 0 H z . 6 0 při ninimálním vstupnín napětí Uef - 20 nV, při pulsnín průběhu U3" = 60 mv. Vstupní napětí neení-pt.erroěit vůěi zemi hodnotu 3 60 v.
-L7?-
Ovládgcí prvtď prvků je schénatic$r č c l n í a t ě n a p ř í s t r r j e s oznaěgnín ovládacích zakrccbna na obr. lJ.
G-2001.500
e Ů,R l.5
Obr.13 1 - konektor vctupu B (.tcjnogněrně vázaný na vstup) 2 - nsstavcnÍ úrovně spouštění vatupu A 3 . initikátor cpouštění 4 . indikátor přepInění 5 -,tiaple.'i 6,1 - tlačítka Yolby rozcah.l .dli. 8 - přepÍnaě funkce ěacový interval .PER' 9 - přepíneě firnkce dcbe kroitu . FRQ. 1O - přepínaě ťunkce koitoěet/kontrola ' . rl.l It - přcpínaě provozního reŽinu .RPll. 12 . přepíaaě funkec něřcní otlěgk 'TO!AL" 13 . přGpínaě funkce ěítánílěac .!IIB. 14 - prepínaě paně{,/ruění ovIádání vatupu A 15 - nagtavcní citlivosti (1 MQ , 30 pF, střídavě vázar1ý vatup) 16 - kcnektor vctupu A cířový vyoínač Na zadní ctěně příatrojc je uzeuňovací svorLa, oojletly, a výctupní konektor vnitřního occ1látoru a děliěc frekvencí. Nagtavcní úrovně a cttllvoatl potenc1onetr Přcd započctío něření jc potcnciouotr 15 v levé LraJní a vstup A vc atřední po).ozc (proti tytcc). Po pfipojcní uěřcného s1gnálu na objeví údaj o něřcné otáěínc poteneionctr.Ú 15 vpravo aŽ ge na dicpleji Epouš. hodnotě. Pak hlcdánc takovou polohu poteneionetru na8tavení Úrovně otáěcnío potencionetru téní' při Ltcrá nrlžcnc cníŽi't vatupní citlivoct do}cva. Několikanácobnýu opakovánío tohoto pogtupu doaáhnene optlnálního potlačcní rušlvých cigrúl0.
-178-
Volba rozsahu Provádí 9e gtlačcnÍo tlaěítek 6 e 7. Nejvyěší fretsvcnění rozsah je 0 řád jej snÍžínectlaěcníu tlečítka 7' zvolcn při neatlaěeqýeh tlaěítLách. o ťtelší řád atlaěcnín obou tlaěíteL 6 a 7 a při stlaěenén tlaěítku 6 núžeuc uěřit
do 991999 kHz.
ReŽln Lontroly
čítačc
J a o u s t l a ě c n a t l a ě í t k a 1 o a 1 1 . Tlaěítry 7 a 6 volíne poatupně jednotlivé rozaatly. Při cprávné frrnkci sc indikuje na dieplej1 údaj 1oo kHz. at],aěeno pouze tlaěítko 6' jc pauě[ i diaplej přeplněn a rozgvítí ge Je-li indikátor {. Při gtlaěcnén tleěÍtku lrl je průběžně indlkována čÍtaná hod. n ot a . ReŽio něřcní
loitočtu
Iěřený signál je přiváděn na votup A. Stlačíne tlaěítko 1o a ponocí t}ačíteE 6 a 7 zvo}íne vhoťtď rozBáh. Potencioaetry 2 e ].5 nagtavíne cit1ivost a úrovcň epouštění. Cheeoe-li průběŽně oledovat ěíLanou hodnotu' stlačíne tlačítko l4. Při neetlačenéo tlačítru }4 zůstává na digpleji zeznanenán výsledek předchozího něření aŽ dc skoněenÍ nového měření. ilěření něřeníni. l s nezi jednotlivýui opakují s přeetávkani sa periodicly ReŽin něření détky periody Postup při něření je obdobď g něřenín bitoětu' tleěítko 9. Výsleáck je udáván v nl'krosckundáctr.
je však etlačeno
ReŽin dělení kmitoětu Je:u stlačena tlaěítka 9 a l1. Dělící poněr je dán volbou rczsahu tlačítky 6 s ?, Při nestlaěcných tlaěítcích 6 a 7 je dělící poněr 1o. Na je indikovánr délka periodJr, délks vstupního signálu' v danén diepleji o ř í p a ť l ě o ť t5 d o 9 9 9 9 9 g . P ř i s t l a č c n é n t l a ě í t k u 7 j e ť l ě l í c í p o m ě r 1 0 0 ' při stlačcní ó a ? je dólící poněr 103 a koneěně při stlaěenéo tlaěítku 6 je dělícÍ poněr 1o4. v tooto případě je déIka perio4y vstupního signálu udávána v rozsahu 5 - 1oo s. Děler1ý loitočet je yyveden ne konektor na zad'scALE". ní stěně přístroje oznaěený Režin oěřcní otáěeL Je stIačeno tlaěítko 12 a něřený aigná} je přlváťlěn na vstup A ( k o neltor 16). Tlaěítka 6 a 7 nejcou gtlaěena. Výs}edek je indikován v tisí. Dobe něřcní je 6 t . cíeh pulaů za uinutu v rczgahu óoo . 106 nin.l. Režin rn]llení dél}v ěaaového intervalu ne. aignál přlvádíne na votup B. Úroveň spouštění a citlivogt ó 1ze ovládat. Daný reŽio zvolíne Etlačcnín tlaěítka 8, nozaah tlaěít\y a 7. čttac je gpouštěn náběžnou hranou záporného pulsu a zastaven jeho závérncu branou. Doba trvání záporného puleu nuaí být kratší neŽ polovina [ěřeď
periody opakujíeího ee algrúlu.
-179_
ReŽin čítání Signál je opět příváděn na vstup B (konektor 1). tlaěítka volby rozcahu 6 a 7 nejcou otlaě.na, nelze řídtt citl.lvoot ěítaěc a úrovcň epouštěnÍ. Režin jc zvolcn stlaěcoÍn tlaěítka 13. Zaěátek a konec ěítání je ruě. ně ovláťlán stlaěenín (začátck) a vypnutíu (koncc) tleěítka 14. Rcáin něřcnÍ
ěacu
lento režin něřoní nattavíne gtlaěcnín tltěíteL 13 a 1l. Při stlaěoěaa po o,1 s. Zaěátek něřcnÍ ěagu ní t1aěítka 6 ge zobrazu.je na dicplejl urěuJe okanžik sepnutí tlaěítLa 14, konec něřcní je dáa vypnutíu tlaěítLa do výchozí pototry. Po gkoněcní něřcní qmuluJenc ěítaě vypnutÍn tlačítLa ll a zapnutín 14. K delěínu něřcní jcj př1pravíoe vypnutíu tlaěítk. 14 a zapnutíu l1.
6. z ^ P I s o v A č E kterými lze provádět Zapisovačc jcou univerzální něřící příetroje' záznaa jetlné nebo více clc.áovan5lch vellěln v aávig]'osti buá na ěaae (ri(gouřadnicové zap1aovaěc). Velni niové zapisovaěc) nebo na jlné vcllěině čacto pracují tyto příatroje jako eervonechanické konpcnzáLoty. Měřcrtý aigrúl jc po zeaílení pHvcdcn do rczdíIového zes1lovaěe' Yc kterén 6. po.
rovnává e napětÍn z uěřícího potancioDetru e potcncionctru pro nastavení nulové polo|v. Oba tyto potenciometry jgou napájerry zc zdroje rcferenčního nepětí. Rozdí}ové napětí je napěf,ově a výkonově zegíleno a "ic jín napájcn gervomotor, který ovládá polohu záznadového pcra a jezdcc něřícího potcneiomctru. Itchanická vazba nezi jczdcco něřícího potencionetru a záznamov5lu percn je nactavcna tak, aby se rozdÍlové napětí zmenšovalo ge zvětšu.jíeí sc výc|5l1k9u zázngmového pera. Při nu]'ové hodnotě rozdílového zagtaví. Na tonto pr1ncipu pracují oba dáIc popaané napětí 9e strvonotor zapiaovaěc. a) Dvouliniový
plošď
zapieovaě
ťz-12Co
línto zapieovaěen nůžene na záznanový papír šířIy 25o nn zaznancnávat čagovou závíaloat dvou nezávislých eignálů. Přístroj ná 12 něřících Yfcm. Votupní ilpedance rozgahů a napěIovýoi konctantani oťt 1 nV/cB...5 je větěÍ než 5o IQ . Reletlvní přcanogt něřcní o), i, linearita o'3 ÍĎ. vnitřní odpor Doba potřebná k přeběhu atupnicc je LratĚí neŽ o15 c' je-li zdrojc něřeného napětí 20 kQ. Pořryb zárnanového papÍru je řízcn eynchronníu uotorcn ovláťlaq1h napěřovýui impulcy a proněnnýrn loitoětcn. ňídící toitočct se buá ztgkává podlc zvolenáho etupně rTchlost1 poauvu papíru' dělenÍu aířového krnitoětu nebo jc nožno použít crterního zdroJc c knltoětcn nlžšín než 1oo Bg. Při rvehloat pocuv\r po gkointcrní gcneraci řídícÍho knttoětu jc nožno volit cích v 9 rozaaztch o,01 a| 5 w/a (v dckadloLých náaobcích hodnot 1 ; 2 ;
-180-
5 a 5 rm/g), acbo ryclrloporuv 10 as,/a. plynulou něrrr pocUVtlo slchloat potunr jc ťlána vlttb.l
crteraín zdr:oJrn lze doaáhnout záznnovábo papíru v v/c a
Tfu- a
ar
znalcaá-li f bltoěct crterníbo ovIádacÍbo aapětí v Bz, e nastevcnou ryc}ůoat potum aa zaplcov.ěi. $lclůopoauv jc urěea ěíce1n! vztabcn o'1 f. Poguv ce nůžo uckutcčňovat v obou cněrcclt. Ovládací prvly Ifa obr. 14 Jc ectrénsi'lcky zalreclcn g ovládacÍni prv\r.
potůcd ne horaí atěau přístroje
Tz 4200
Obr. 14 1 - uložení zázaaaovébo papír:u 2 - ťlržá\y zázaaaovýcb per 3, 8 - posuv nuly .2ER0 plltE. .BI - Io - o. 4, 6 - vstupní cvor$ 5, 1 - přepíaačc rozaahů rnANoE.
Dolní zeai].ovaě příclullí k 1tntl 1 9 . aignalizaění žárovka 10 - aířový qypíÍlaě 11 - zapínání první li'nlc záznanu .LIlttE I'. 12 - apouštění pera 1 ..PEl{1. 13 - zapínání drubé linlc záznanu 'I.,INE2' 14 - epouótění pera 2 .FEil 2r L7 - zapínání zpětaého chodu přcvodov\r .REVEBSBi 16 - zapínání poeuvu papíru |cHARt,. 17 - volba ryc}úoctl poauvu 'cHAnT sPtsBDi 18 - zapínáaí rychlopoauvu rlAst ťnAvBRs. -181-
jaou boně přívodní šňůr.ya pojletek Na zadní gtěně přístrcjc prc přívod externího ovládacího napětí a pro externí ovládání
konektory záznanových
DCt. Pokvnv orc obaluhu talířck odZáznagový papír zakládáoe v cclén avitku. Pravý přítlaěrý tlačínr do atrar1y a gvltek založÍnc na vodící plochu a na výetupek levého Po zacunutí ovitLu wátíue pravý talířek do výchozí polo}ry. Volď talířc. kcncc pepíru zaguncec cto nezcr1y oczi hornín kryten a panelcn. Vo1r\ý konec záznanového papíru wgunelre na pracovní plochu e urovnáoe stranovou perforaci
papíru óo vodících zub!.
záznamová pera plněná inkouctco K zápleu pouŽíváoc uuil truuiěková nebo pera typu Fll(. Výrobec doporuěu.ie pera typu FIX ooužívat pro r7ch1é záznaqy. Trubiěková pcra ce plní ponocí inlekění etříkačky. V peru je unístěna proěišřovací jchla ee závaŽÍěken. Dojde-li k ucpání tapiláry pceeího hrotu, jc třcba potřcpávánío pcra svielýn sněr.E dosáhnout proěištění kapi1áry jeh}ou. Peací pena obou typů zacunutá do držáků nacunu,jenc aby nedošIo k zdena unášoeí páaly. NaounutÍ je třcba provést bez násilí, je vhodné navodící }išty fcrnování vodící lišty. Vzh}edcn k oelé tuhogti gunovat drŽá\y a pery v kra".iních polohách zázrraoové drá}ry' Í}ržák záznagového pera 2 oá nágtavcc a nacrrnuje 8e ng rrnášccí pásek horního vozíku.
Funkci přÍstrojc kontro}ujenc ncjprve při zkratovaqých vetupních HI a Io - Po stlaěení gífového vypínaěc POWERse rozavítí eigsvorkách Zázaamové pero ae uvedc do pracovní poIo|\y gtlaěenín tlanální světlo. ěítla PEN 1 (PBN 2). TlaěÍtkcn CHARÍ cg uvedc do ěinnosti posuv záznamového papíru. R5rch}oct pocuvu volíne přepÍnaěen CltARl SPEED. Stlačcnín obvo{y prvního (drubého) LÍl|E t (III{B 2) ac připojí napětí pro elsktroniclé
kaná1u zapisovaěe. KnoflíLy zEno FINE je poton moŽno pIynule něnit poIohu z{znaaových per na záznanován papÍřc. Pokud je ěinncst zapisovaěc bez záHI a Io oěřený aigná)'. llěřcnÍ zaětnávad, přivcdene na vstupní svorty nc a ncjvyššín rczaaheo na přcpínaěi RANOB. Poctupně rozoah zncnšujcne' je vybaven koncovýui vypínaěi' až výclrylka pcra budc doctateěná. Přístrcj které odpojí ecrvoootor při přckroěcní naxinální výcřrylky. Pokud tyto přcpínačc aprávně pracu.jí' lneoc přístroj až etonáaobné překroěcní něřícího rozcabu. V případě jcj1ch poluchy je nebezpeěí poškození třecí apojky a apálenÍ aervonotoru ovIádajÍcího po.un záznaaových per. b) Ptošď
couřadnicový
zapicovač XÍ 4103
zaTcnto zapicovaě jc od at.jného výrobcc jal'o výšc popsan5l liniový popipiaoveě' tekž. ná c nío řldu ghodných prvků. Nebudcoe proto podrobně covat obaluhu tohoto příatnojc. Záca6n{, rozdí} je v ton, žc couřadnicový zapieovaě není vybavcn nB. ehanlanrn pro potuv láznenového papíru. Zapicovaě uá opět dva nezáviclé vltupy, ktcré všaL ovládají porrrn jcdiného pera' každý v jednon ze dvou navzájen kolných měrů. Po|yb v každén z těchto aněrů r{yvolává polohový ncchanlmul,
JrtroÚ prtnclp
ěianoct!
-182-
I
byl poprán v úvodu tohoto
ěIánku.
T
výe|rylky v obou eněrech jeou na gobě zeela vstupního napětí. likogti
nezávlglé
. každá je úněrná ve-
fornát Je A3. RaŽdý Záznaa sc ugkuteěňuje na papíru, jchož nariuální otl O,5 mVlcu do konstantan1 s napě[ovýDl ze vatupů ná 12 něřících rozgahů plovoueí. Na 2 Y/cm. Vetupní odpor je 10o kQ , votup jc aqynetrický' naxlmální napětí l'o v vůěi nulo r:ozvod. vetupní evonky je nožno připojtt je 0l5 . p ř í s t r o J c né sítě. Třída přesnosti prvky
ovládací
Pohlatl na hornÍ dceku přístroje
je schématieky zakreglen
na obr. 15.
xY 4103
oo
Obr. 1! l 2 3 4 5 6 7 8 9 10
. . . .
eignalizace zapnutí přístrcje gířový qlpínaě POUER" vypínaě elektrogtatickóho upínání papíru ,.PAPERÍ,oAD. apouštění zázrranového pera "PBN. přední vctupní evor$l souřadnice X "BI-Io.0r nagtavcní nrrly hrubě naatavení nuly Jenně "zBn0' přcpíneč rozlahů rouřadnlcc X přgpínaě polarlty vetupu X "POIÁRIIY" iBr-Io.o|t přední vstupní avor$r louřadnlcc l -183-
ll 12 13 14 15
- nactavcní - nagtavcní . přtpínaě - přcpÍneě . záznanovó
hrubě nuly jcnně .zEno. rozaahů aÓuřadaicc polarlty Yttupu Y pero nuly
l{a obr. 15 nejlou zakrcalcry nekton pro ťtátLové ovládání cvorLa.
I .rclÁR[TÍ.
kozadní vatupní evor$l pro obě eouřadnice, a zeonící záznagového pera' držá\y pojiatel
obgluha přígtroje Jc obdobná jako u zaplcovaéc Ť1L-420o. Jako zÁznamový papír používáne papír foraátu A3 nebo A4. vkládáne jej při po1oze přcpíběŽď niIioetrový tlaěítken POtrER. Vozík načr] INPUT sLEclOR v poloze 0 a zapnutén přístroji zázneoového pera pogunene otáěcníu knoflíku ZERO do první krajní polotty. Záznarotý papír vkládánc podle avětclných znaěck, tín budene nít zaruěen Po přiložení souhlaa gouřadnicových og ne záznamovén papíru a zapioovaěi. papíru podlc cvětclr1ých znaěrk ctiaknene tlaěítko PAP88 I0AD a vyrovrúne dIaní případné zvlnění papíru. Papír vyjínáne při pravé krajní poloze. vo. zíku a vypnutéu tlaěítku PAPER loAD. jcou.li poěkozer\y koncové wpínaěc Sc zaplcovaěgn nepracu.ieu, v krajních polohách jc clyšet prokluzovánl třecí spojky.
a
T.OSCILOCRAFY eigná1ýto příatrcje clouží k zobrazení opakujících se elektrickýeh 1ů. v praktiku ee actkáváne jcn a těni nejjcdnoduššíui příetroji, oocilo. grafcn BI 51o e víeckanáIovýn oscilografrn ponalých dějů OPD 28o' který gouěacně probíhajících signálů. slouží k nonitorování několiLa e ) OaclLograf
BI 510
Ťento příctroj ťlovoluje gledování průbě}růg knitoěten do 1,5 l{Hz. Je vybaven vert1kálnín zegllovaěen pro pásno o - 1l5 MHz a horizontálnÍn zesiIovaěcn pro páano 0 . t líHz. Oba zesílovaěe nají naxiná}ní citlivost 20 nY/díIek. $lchlott vnitřní ěagové záklaťlrry lze něnlt ve l4 kaIibrových rozsazích od o,1 ao >yafancL. Je noŽno volít jedcn ze dvcu dru"/arrct hů synchronizaee: externí, lnterní a synchronizacl oí[ovou frrckvcncí. Synchronizaee aá ťtva reŽiry ěinnoati' automatickou (pro pulaní průbě|ry) je.vybaÝofl Íláa cynchronizaění (při frekvencÍch nad 5oo kHz). 0ecilograf pě{ovýrn kalibrátorcu o výatupníu napětí 60 a 600 nV. Votupní iurpcdancc zegilovaěú je r xQ , 30 pF. Vetup je aynetrick5r bulí ctcjnoněrně vázaný ncbo přcc oťldélovacÍ kondcnzátor, naxinální povolené vatupní napětí jc 2@ V. Lincarita vgtupních zegílovaěú Jc lepšÍ než 3 J s. Přcanoct kellbreco rychloetl ěagové základr1y 3c t io %, ieit lineaj rita napětí ná obdélníkový průběb e opakovací frckvencí 5 ř. Kalibraění 1 2 nv, r:eapcLtlvc 3 20 'v. přccnoat jc Hz. Jgho 50
- 18't -
3vlád.ecí prv\y ý ě t š i n a o v l á d a c í c h prvků je na četní stěně přístroje, natic\y na obr. 16.
zakreelené sché-
Obr. 16 1 2,3 4 ) 6 -
sí[ový wpínač "MAINS|', - zdíř\y ka}ibraěního napětí "CALIBRAT0R" přepínaě rychlostí ěasové zák].adqy "ťI}dE DIV" přeoínaě režiuru ěasové základny "oFF' AUT' TRIO" přepínač tlruhu synchronizace "IN!' El(T' )o Hz,,
synchronizace "!RIO SENSIIMlY" 7 - citlivoot 8 - vstuo externí synchronizacc '|ENŤ|. 9 - výstup synchronizace pulsů "Ju l0 . přepínaě děliěe horizontálního zeeilovaěe "VDIV,. 11'l2 - poÍluv nuly hor. zegilovaěc "X-SI{IFT" vstupů íAl,:, 13'14 - přepínaěe horizontálních 0ň L,,L7 konektory vetuor)horizontá}ního zesilovaěe ..xl|. , ,,u. 16'20 - zemnleí zťlířky /, * " horizontáIního vgtupu; v krajních polohácb ..t.B. cAÍJ" 18 - citIivoet
"x cAÍ'"
19'21 - konektory vstupů vertikáIního
_18r_
zesilovače
'.Y1..
,
.I2"
16l,-, 0í 22,23 - přepínaěe vertiLá}ních vatupů zegilovaěe "V/DIV" 24 - přcpínaě děIlěe vertiLálního 'Í-SHIF!" zetilovačg 25,26 - po6uv nuly vertlkálního ..Y cAI... vstupu, v lrajní poloze vertikálního 27 - citlivoet .BBroHlTtEs. 28 - řÍzení jacu 29 - zaogtřovánÍ atopy "Focus. ] ..GRAT" 30 - přepínaě osvětlení ragtru Zaonutí tlřÍgtro.ig přepnene vstupy zeEi1ovaěů do nulová polo|ry Před zapnutín přístroje jas dó (přepínače 13l LIi 22,23 v poloze "o") a potencionetr 28 řídíeí a přepínaěen 6 levé krajní polo|ry. Přepínač to přepneme do pololv'T.B." ..I!{T" zvolíuc interní synchronizaei ěaeové základrnl. zepnutýlo ťto po1ot\y potenclonetr Přepíneě režimu ěasové základlr1y 5 zapneue do polo|\y "AUT" a po. regulace zecílení horlzontálního zegllovaěe naatavíBe do levé krajní lolV
"f .8.
CA,L".
Po popsanén nastavcní ov1ádacích prvků zepneme eířový vypínaě t ťlo polořry "I". Připojení sítě by ně1o indikovat rozsvícení žárov\y unístěné vlevo od sířového vvpínače. Přibližně po ninutě od zapnutí by ee při otáěenÍ vpravo knoflíku 28 pro řízení Jaau uěla objevit na obnaze stopa. Její ostroat aeřÍdíne potenciomctren 29, polohu ve vodorovnén a gvialén cně. ru knoflílý 7,8 a 25, 26. Spojovacío kablíken s banánky propojíne výstup kalíbraěního napětí zesilovaěe 21 a přcpnene přepínaě 60 nV (zdířka 2) ae votupcu vertikálnílro i. '.: Při nastavení přepínaěe 2.[ do polo|v tohoto vgtupu do střední polotv |.Í cAL" se.objeví na a,o2 v/dí1ek a natoěení poteneiouetru 27 ťto polo|ry obrazovce obdélníkové pr.tr.cy, jejíc|rž výška by něla být 3 dílry raatru pulgů zapnene přepínaě 3o' kterýn ee (3 cm). pro lepší ětcní veliLocti kor1procvětlí eíř raatru. Pokud je výška pulsů výrazně jiná než 3 dílb'' citllpotencionetrgn gujene zegílení vertikálního zeeilovaěe "Ka1ibrace příotroje. je stnar1y z levé šroubováken vostí'', který ovlaťlatclný různá ěagová něřítka ěagové základny lze volit Přepínánín rychlosti vgtupu. NaatavenÍn po. pro pozorování signálu příváděného k vertikálnínu jeuné regulace zeatlení horizontáIního zegilovaěc 18 do Polotenciouetru .x průběh ve pozorovaqý použití ěaaové lupy, zvětšit ř\y CAL. dovol.ujc ..x cAL.. knoflíku 18 směru ocy X. \yclrloat ěaaové základr1y je př1 poloze it.B. aci 3x většÍ neŽ v poloze CAL.. Obrraz do synchronního Btavu nastavujenc knoflíken
7.
[|ěření naoětí f,ěříne-li okaužité hodnoty atřídavého nepětí vůěi potenciáIu nuly gířového rozvodu, připojujene něřcý aignál stíněnýu vodiěeu k některénu zeailovaěc, ze vstupů vertlkálního například na koncktor 21. Stínění vodlěc jc uzenněno, měřcný atgrúl jc přiváděn ctřcdnín vodlěen. Jegtliže jcuc zapojiti vctuP 21' přcpnonc přepínaě 23 do pololv i^, r' (trul1ý přc.
pínaě 22 poncchárc v poloac .0'. VeliLoct napětí šplěka . šplěka zÍekánc po odcětcní pouocí ractru obrezovly vzťlálenogtÍ nejwěěího -186-
uul
nejnižšího bodu 9topy a po vynágobení počtu odeěter5leh dílků konstantou příetrojc' Tato je dána polohou přepínače 24 , pokud potencionetr jemné regu}acc 2? ie v poloze "Í cAL.. Přeanost něřcní je aai 10 s. Pro sinusový průběh platí rclace Uef = ušš/(2 Yz). $ynetrická ctřídavá napětí něříne obdobně, oignál přivádíne
ěagu a frekvence
Nastavíme-Ii potenciometn 18 do polofiy |.T.B. cALí' nůžene zjistit časový interval uezi dvěna body jednoho průběhu ze vzdálenogr.l těchto bodů na etínítku. Vzdálgnogt odeětcne v dílcích ragtru e xynásobíue konetantou naotavenou na přepínači 1a zt.gkáme řůeťtan5t údaj. Takto nůžeue něřit náběhovou nebo závěrnou hranu pulsu, ťlélku pulsu nebo dé}ku perio(1r bitu. Převrácená hodnota délky knitu pak udává kmitoěet. Nechť např. na přcpínaěi 4 náne nagtevcnou nejqyšší rychloat ěagové záklaťlrry 5 ys/díLek a vzdálenoat dvou po eobě jdoucích vrcholů-sinusov$l je d í l ku (cca 2,6 cn) ?'6 pak doba bitu buťlc T - 2,6 .5.1o-o s 13 . lo-o s. Knitočet signálu bude ? = Ýt i ?7 uu,. Přegnost něření knitoětu tínto způaobcn však nclze grovnávat e přesnogtí něření ěíteěen. Při něřcní ponocí ěagové základr5l ogci}ografu je přcsnost něřcní agi t lo Í. Podstatně většÍ přcsnoeti doeáhnene, porovnáváme-li na etínÍtku ogcilografu dva signáIy. .}edcn z těchto sÍgnálů o toitoětu přívádíne na f, vertikální' drut1ý f' na horízontáInÍ vetup. časová zákládna je v tonto případě lypnuta (přcpínač 5 v pol.oze .oFF") a přcpínaě 10 Jc v takové poLozc, aby amplltu{y obou eignólů byly na stínÍtku přibtižně stejné. Pokud je poněr b1toětů obou signálů dán přcsně poněren dvou přirozer$rch ěíacl, objeví ge nA gtínítku takzvar5l Lissajousův obrazcc, který se neotáěí. Poněr knitočtů je dán poněren vrcholů obnazco v horizontálnÍn a vertikálnín sněru. l{apříklad je-Ii ty ! f' = 2 z L , pozorujeus ležatou
-187-
I a jedlno Úsllnun ve gněru X . oaničku, ktcrá oá dlvě naxloa ve oěru přlrozených čícclr obra. Liší-rt sc poněr kni'toětů jen nálo od poněru dvou ponělu. tohoto Tcnto zec aG otáěí a z doby otoěky oůžone určit odct1ylku od dvou kmitoětoodcltylku vclní přccně napříLlaťl postup dává nožnort zJiatlt vých standardů. b) Ogcilograf
OPD 28O U
rnéně běžď' než jedTento typ osc1lografu je ve fVztkální }aboratoři obťtobnékoncepcc jako výóc popseď Br 11o. Ve fyzlkáInostopé oacllografy jcho vclLou obrazovku o útůopříě. nÍn prakttku jcj pouĚívánc předcvilín pro pr'lběhů. cc 2tl0 nn a možnost aoučacného aledování něko}iLa jako Zobrazení sc uskutcčňujc na základě ěaoového roakladu, obdobaě Yycl5llování paprctu v obou goěrech je clektr:ouagnetické. v televizoru. měru s opakovací frckvencí obrazový rozk]"ad se provádí v horizontálnín je vertikální pod}e zvoleného rozsařru ěacové základr1y. íáttkový rozkIad rozkladu s konstantní opakovací frekvencí 1' kl{z. Pi1ové napětí řádkového claousigná}u. pozorovanélro .ie porovnáváno s výstupníu napětín zegilovačů bod. 11 tato napětí etejná, vytvoří se iopulg, který rozsvítí na obrazovce Na jednon řádku sc vytvoří tollk bodů, ko}i| by}o zapoJeno zesilovaěů. gkládá obraz jedné BtoPy. Z bodů vznirlých v následu.jících řádcích ee Těchto bodů je na jednon gnínku tín néně, ěín qyšší je obrazová opaLovací pro něření r1yc}ůých průběťrekvenec. To onczujc použitelnoat oacilografu je zobrazcna tato křlvhů. Checne-li zobrazit sinusovku o knitoětu 1oo Hz, průběk8 }'o bod.y. Y tonto případě zpravidla nclze pozorovat nespojltogt hu. Při knitočtrr l,5 kHz by byla sinugovka znázorněna pouz" lo bo{y a výrazně sc prcjeví neepojitoot gtopy. Situacl poněkuťtzlepšujc okolnoat' žo Poloha bodů sc v jednotliobraz není cynchronizovón s řádkovou frekvcncí. vých aníncích oění a na obrazovce a dlouhýn oavíten se zvyšuje dojen spo.iitého průběhu. Výrobcc Teola Valašoké ![eziříěí rryvinul několiL typů těchto oscilografů' které ee oc gebc navzájen poněkuťlliší. Na nejdůležitější oťtcttyl}y nezi popigovanýn typcn oPD 28o u a staršín typen oPD 28o upozorníne v dalĚíu tcxtu. cvládacÍ prvly Pobled na přcdní na obr. L7.
gtěnu přígtroje
oPD 28o u
I . obrazová elektnonka 2 - sířový vypínaě 3 - lndilaca zapautí příetroje 4 . řízení horizontálního rozměru měru ' - poguv horizontálního 6 - fízení jaeu 7 - vstupní .koncktor zeailovaěc
-1e8-
Jc echénaticky
zakreelen
OPD
8 - řízení cítlivoeti 9 - poeuv etopy ve vertikálnín měru - frekv€ n ce obrazového rozkladu 11 - přepÍnaě polarity exlo
terního po1arizačního nepětí . 12 tlačítko jeťtnorázového s p o u š t ě n í č a g o v éz á kladny 13 synchronizace obrazového rozkladu l4 - konektor externího oynchroni zaěního napě tí p řepínaš režinů časové 15 základny 16 - přepínaě rychlostí od-
Obr.17
běhu časov4 základrry N a z a d n í s t ě n ě p ř Í s t n o j e j s o u q y v e d e n y z n o v u vstupní konektory předzesilo. vaěů, konektor XZ pro jasovou rnodulacl obrazu a konektory pro přicojení dvou calších nonitorů. časová základna osci1ograf cPD 28o U je konstruován jako nodulová jednotka. Jedním z modulů je časová základna xN o'o38 a musÍ být při provozu zasunuta do orostoru' který je pro ni vyhražen.
Časová "n:'i:::.::':'::il:;i;.:"'.ti
různých režimech:
. externí synchronizace - je,inorázový odběh
: il:;::::i:Í ;::iff:
(vektor) o předzesilovaěem
Pří internÍ eynchronizaci muoí být dc vetupního zesilovaěc sousedícího s časovou zékladnou přiváděn signát, který má být synchronizován. Pokud je. výška obrazu signálu na stÍnítku alespoň 10 urn, stačí intenzita signáIu
k synehronizaci. Potencionetr 13 natočíme do polohy '.sYNcH" a přepínačen 16 zvolíme rozsah rych1ostí. Poton otáčenírn knofIíku 1o "FREKVENoE" dosáhnene zasynehrcnizo:tén{ obrazu. Polohu a rozměr obrgzu nastavíne prvky 4 a 5. Při pozorování jevů, u nichž se an'plitudová změna objevuje jen oběasně, je nožno použít epouštěnéinterní synchronizac.. Potencionetr 13 je v tomto případě nastaven do polo}1y "TRIG". Spouštěnou synchronizaci používáne zásadně při nejnenší rychlooti čagové základrry 50 nn ob""Z 2a'"-1. synehronizujene nastavenín frekvence knoflíken 10. V režinu vnější eynchronizace přívádíne synďrronizaění inpuloy na zdířku 1 nebo 3 konektoru 14. Pokuťl jsou synchronizaění inpuley napěťově
-r89-
větŠí neŽ ! 5 V přivádíue je na zdířku 1 např. Labclco x F 6 4 1 1 2 , u k t c r é ktcrý vodiě je propojen 9c zdířkou l. Pod1e polarity pulsů ho ci zjistínc, nagtavínc přepínač 11. Potřebné oynchronizaění napětí je 1 V' přivádínc.ll jej na zdířku 3 konektoru 14. ttaěítka Jednorázový oťtběh ěagové záklaťtrry epouštíne buil stieknutín na zťlířky 3 l.2, nebo spouštěcínl inpuley přivádénýEi podle Jejtch vcliloetl ps. aci Rychlogt od50 ěj' l konektoru 14. DéIka epouštěcích inpu].aů oá být běhu ěacové základal' nactanrJcnc opět ovládacíoí prvky 10 a 16. přepípřepnem.Ii externí ěasovou základaou pracuje oscilograf, 'Bon.zBs.. Iígto aynchronizaěních iopulgů přivádíne napědo polotry zec{lovaě. Doporuěená hodnota vstupního napětí je horizontální .}e-11 větší, přlvádíne jej na zťlířku 1 koncktoru 14. Vetupní napětí pak nůže být až !8o v. Frekvenění rozcah zeaiIovaěe je 0 - 3ooEz, vstupní odpor 'o kQ . HorizontáIní rozměr a polohu obrazu řídíne prvly 4 a 5. S naě 15 tí pro 3 e v.
napětí aignálu, který chcene použít pro oxterní ěacovou zákIadJe-li rlrEKTOB.. Sigaál přivádínu oenší neŽ l V, přepnene přcpínaě 15 ťlo po]'o|ry oe do předzeeilovaěc zaaunutóho do polo}5l aoueedÍcí o čaaovou základnou. se signál zaglLí na potřebnou úroveň. Stopu od toV tonto předzesilovaěi pogungoe poteneiometren 9 nino obrazovku. hoto přcdzecilovaěc Vertikál'ní
zecilovaěc
Oacilograf oPD 28o u nůŽe pracovat cel'ken ge Ěegti předzeailovaěi. Výrobce dodává tři typy zeallovaěů oznaěené x}| ]5o L2 až 14' l1šící sc předevšío citIivoetí. Každý zesilovač je provcden jako výauvná jednotka. ná zooilovač xN 35o ]'2. Vatup zegilovaěc je synetrický' Nejneněí citlivogt oá plynulou rogulaci zcoíIcní poteneionetreo 8 a noŽnoat nezávialého po6uvu Etopy po celé obrazovec ponocí potoncionetru 9. Vetupní inpedance je přl cttlivogti 50 tY/eg 5 IQ . Frekvenění rozaah je o až 10 kllz' což ná pulcníctr průběhů. Zesilovač xN 3'o 13 význaa předcvšíu pro zobraxováll o,1 mY/cg, tlc vybaven zdrojen ná ťrckvenění rozsah o,J - ] kHz a citlivoct 1 nVlcn ve kalibraěního napětí. Zegilovaě XN 3'0 14 ná základní cittivoat ťrekveněním rozsahu O . 1o kltz a je vybavcn přceqýE děliěen vstupního napětí. Odchvllg
v orovcdrní
oeciIorrafu
oPD 28o
k ovláU gtaršího tďpu ncní jednotke ěasové zákIadrry výauvná. hvlv jednotLy jeou Zácuvné dání ěagové základqy rníctěny wravo od obrazov$. a předzeeiloveěí' nebo zegilovači jaou uníctěrv pod obrazovkou. Celken je (do licb.ých polob) a ětyřl předzesilonožno ooedlt ětyřt předzccilovečc jeou oeazoÍ\y zo(do vaěc sudých poloh). V praktiku používanéogcllografy xtl 35o 01. Zeailovaěe nají stejná{ovláxlt 3'o 0o a předzcei}ovgěi oilovaěl ťlací prvly jako zeallovaěc xt| 3'o 12 popaané výóe a zakreolená na obr. 17. nají ětyřpolohový Do panelu jaou zacunuty vc gvlaló poloze. Předzccllovaěg pro řízcní velÍpotencionetr q aŽ 1 : 1000 dě1!ě vttupního napětí 1 : 1 g€ na.tevuje přcdzecikogt1 konpenzaěního napětí. Tínto potcnclorttron Správaé naat.vgaí poznáne podlc ěágti cbarakteriatlty. lovaě do llncární ahora řÍdíue potuv zobrazqní aigná}u. Prmín potenclonotrrn nezkrcalrného
-190-
n l ] l v . P r a e u j e . l i o g c i l o g r a f c e z c e i l o v a č i , a p ř e d z e s í l o v a č i , . . i cn a e t e v e n í správné vertikáIní poIohy stopy na obrazovee poněrně konplíkované, ncboř t a t o p o l o h a s e o v I á d á t ř e n i p r v k y : p o s u v c t n n u J , y a k o n p c n z a č n í mn a p ě t í n n a p ř e d z l s i l o v a ě i a p o t c n c 1 o m c t r c mp o s u v u 3 t o p y n a z e s i l o v a č i . c) Osciloskopy řady
oPD 600
J s o u < | a 1 š í lv ý v o j o v ý n t . y p e n o s c i l o e k o p ů p o n a l ý e h d ě j ů z T e a 1 y V a l a ě g k é M e z í ř í č í . T y t o o s e i I o s k o p y 9 a n o u ž í v a j í p ř e r l c v š í mv l é k a ř a t v í . P r o s l e d o v é n í p o n a l ý c h s i e n ó l ů ( d o 3 o 0 H z ) j c m o ž n ot y t o o a e i 1 o s k o p y v y užít i ve fvzikélní laboratoři. Typy OPD 604 a OPD 605 sc liší pouze orientgcí obrazovky. U t'ypu OPD 604 .je delší strana obrazovky oriento. v ó n a v o d o r o v n š ( v i z o b r . 1 6 ) a o v l á d a e í p r v k y j s o u p o d o b r a z o , v k o u .U t y p u OPD 50' je del{í strana obrazovky orientovéna svisle a ovlédaeí prvky . i s . r uu n í s t ě n . yn a 1 e v é s t r g n č s v i s 1 e F o , i s e b o u . S t e j n ě j a k o o P D 6 0 4 - 5 . i s o u k o n s t r u o v í n y t y p v O P D 5 J 2 - 6 0 ] , k t e r é v š a k n a j í o | r r a z o v k ys e l o O x l e } r í . . i r b o ur 1 o . c v i t ut - 1 s ) .
í 2 !
+ t 6
,
nL
T
/
!:y
3.horizontólnj posuv
ÍEsLA
/
// , / z - n o ,r ,ozzomÍ é . ]rt ó t n í ,/
f-síiový
vyp no
Obr.18 .
v 1;vé.-:ósti
nňístro.je je,iíl
oro gésuvnékazety'
do kterého.ie nož. a ž o s n , j e 4 n o n o d u 1 o v ý e hk a z e t . P o z i e e p r o j c d n o t 1 i v é k a z e t y j s o u oznzčeny čísly L až 7 ' osná (spo.lní) pozice jeoznaěena x aslouží pro zasunutí kazety časové zékladny. no unístit
-191-
] v l o x n o s t ív ý r n ě n ym o r l u I o v ý e hk a z e t j e d o a a ž e n o p o n ě r n ě z n a č n év a r i a bilnosti oseiloskopu. Vyrábí se kÓlen dvaeeti růzďch typů kazet, jako n a p x . r ů z n éč a s o v éz é k l a d n y ' u n i v e r z á l n í z c s i l o v a ě , m ě ř i č i n t e r v a l ů r P a . měi ponalýeh drjů, paněi r'yeh}ých dějů, ka}ibrační generétor, pácmový analyzátor, t?stcr TTL a pod. oPD 28o. Zobtazcné Prineip zobrazení jc obrtobný jako u oseiloekopu křivkajetvořenabody,kterýchjepřibliŽně16'o0zasekundu.Ztoho d.lvodu jc při vvššíeh frekveneíeh patrné rozdělení křivky na jcdnot1jv6 bodv, zejnéna na strn,ých částeeh kxivky. ŮvIódací prvkv zobrazovacího dílu N a z o b r a z o v a e í t rd í l u o s e i 1 o s k o p u ( o b r . 1 8 ) j a o u p o u e e č t y ř i o v l á r j a eÍ prvky : t-
sířový vypinač, zapnutí se provede stlačenín tlačítka e jc indikováno
rozsvíeenín zelené kontrolky i:ízení horizontélního . rozněru obrazu 2 sněru J - posuv obrazu v horizontálnín . řízení jacu obrazovky 4 ovlédacÍ prvkv
2 . 4
plsobí
Č g e o v é: é k 1 a d n a o P J 6 1 2
současně nrr všeehny zobrezení
stopy.
pro r'anělové kezety
K r y s t a } e n ť í z e n éč a s o v á z ó k l a d n a j e u r č c n a p ř c c e v š í n p r o a p o l u p r é c i Mllžebýt použiLe LéŽ vc spojeoPJ 517 a OP.J619 s caměřovýni kazetani v t o Í n t op ř í p a d ě u m o ž ň u j c v c k t o . 6 2 3 . oPJ ní s univcrzálníni zcsilovači rové zobrazení si3nálu ze zesilovač'] unígtěn'ýehv pozieíeh L aŽ 7 zás u v n é h od í l u p ř í g t r o j e . K e z e t e s e u n í a i u j e v ž d y d o n e . . i s p o d n ě j š pí o z i c e ( p o z i c c X ) z á s u v n é . ho dí1u. Mé jediný ovlédaeí prvek, otočný přepínačpro volbu funkce časov é z é k l a c n y . v n r v ý e h d v o u p o } o h é c hl z e v o l í t ť r e k v e n e i p i l o v é h o n a p ě t í v y r é b 4 n é h ov k a z e t ě d a s o v é z l k t a d n y . T y t o f r e k v e n c c j s o u b u á o , 1 5 H z p r o r e ž i m 4 o s v i t c v é h o z o b r a z e n í ( p r v á p o l o h a ) n c b o 3 2 H z p ř i p e n ě ř ' o v é nz o b razení (truhá pozice). V polohách L aŽ 7 a v poIoze U slouží jako ča. s o v Á z é k l a ] n a s i g n é I z e z a s i l o v a č ? z a s u n u t é h ov o r l p o v í d a j í c í p o l o z e z é . s u v n é h od í I u n e b o z 1 i n k y Uni ve rz í1ní zesilovač
g .
O P J 623
Jciné ee o jecnonolulovou kazetu, kterou lze umÍstit do líbovolné p o z í e e I a Ž 7 z é s u v n é h ot í ] ' u . N e j v ě t { í e i t l i v o s t z e s i l o v a ě e j e O,l mV,/em nro střídavý signél, 1 nVlen pro stejnosrněrný signél.
-L92-
KEitočtovÁ charakteristika
- rozsahy - rozsahy - rozsahy \vstup na kontaktech
:
- I mVlóm 1 0 ; = 1 O O i = 10O0 nVlcn 1 0 ; - l O O ; a, 1O0O mrt/ca
0'1 až 2 kEz/-3 dB o až lo kHzl.3 dB o,5 až 10 kHzl-3 dB
1e5)
Vstupní inpedanee je eca
1 un
při
frckvcnci
50 Hz.
Sicnél sc přivá
Obr. f9 d) Dvoukenálový oseiloskop
d0 213
Je4né se o jelnopaprskový occi1oskop vybavený dvěna zesiloveči pro vertikální vychýlení. Elektronieky je nožno přepínat tyto zcsilovaěc, tekže nohou být eoučaaně zobrazeny dva signály vc dvou stopách na stínítku obrazovky. O a c i l o g k o p n á r l o z n a č n én í r y p o d o b n é t e c h n i c k é p a r a n c t r y j a k o o a e i . }oskop BM 510 . Obgluha obou osei}oakopů je obcobná, nebud.Bc 8c proto k této oLézee vraeet. Na rozdíI orl osciloskopu slcdovat oouěasně dva průběhy.
-193-
Bu 510
lze na
E0 213
gtÚJno3.ěrných Eo 213 llc použít pro alcdování průbětu oaeiloskop O ež 10 llltz, tcap. 2 Hz aŽ 1o lllz' při i střítlavých napětí v roznczí útlunu 3 ťlB ež do L2 lÍ|z. Běh čaaové základr1y 1zr po 19 ckocích řío,2 2lc/dtlck . ..Icdcn dílck odpovídá po. 2oo na./ťtílck lŽ dit v rozaez! ěegové zákledny jc lcpší ncž tuvu peprslu o 1 cÍ! . Přesnogt rychlosti ! 5 a. Cítlivogt Ye vertikáIníu aněnr lzc nagtavit po ckocích Ý rozmlzt lO mVldílck až l0 V/dílck, eelkcn v 10 atupníeh. Plynulr Izc tuto citpřcalivogt něnit v keždén atupni v poněru 1 : 2,5 . Nepětí ].zc něřit a ností Icpší než 5 I . Pro dvoukanáIový ogciloskop jc typické clektronické přcpínání clcvychylování v dvoudovaďch ci3náIů. Blokové gchcna dílu pro vertikální kanálovén oceíloskopu jc ne obr. 20 . stejnosměrná Úroven A
s p o u š t ě ni
r stup předzesi lovač
v5tUpnÍ zeslabovač
sp Ínač
B
L
r
k vertikáInímu zesÍ1ovači. řídÍcÍ obvod
zes i }ovač
s p o u š t ě nÍ
Ď
vstupnÍ z e : ;l a b o v a č
A+B
předzesi 1ovač
ste3nostněrná Úrcven B
sp Ínač
s p o u š t ě nÍ
Obr. 20 Na vstupu krždého kanclu je zcsIaboveč, ktcrýn lzc něnit vychyloveeí eitlivost. U oseiloskopu Eo 213 jc ovládán přcpínaěi 5A , 5B a pot.eneiometren 6A , 68 viz obr. 2L . Za zeglabovači náelcdují stejnosněrné zcgi]-ovačc, které nino jinó unožňují posuv stopy ve vertikélním sněru. Tento poBuv jc řízen potcncionetry 9A a 98 . Napětí za přcdzegilovačen ee používé L intcrnínu spoušt á n í č e g o v éz é k l a d n y . S p í n a ě e , k t e r é j s o u ř e z c r r y z a p ř c d z c a i l o v a ě i jsou řízcny bistebilnín klopňým obvodcn (řídící obvod). ŘízenÍ dvoukanálové je,tnotky rtává tyto nožnocti.
-194-
E0 2tr3
Obr. 21 a) lídící
obvoc] zůatává trvale spínač pro kanál A
sapnut diqý
signÁi.
b) oba spínače jsou součesně signóly ci
v jednon zc dvou nožnýeh atev}. Trvelc je nebo B ' tekžc na obrazovku přichézí je-
kanÁIu B
trvalc
v sepnutéD stavu,
z kenélu
se obe siqnály
A a B
a nl
takžc ne obrezovku přicházejí
obrazovce se ačítají,(při
inver-
odečítají).
e ) r Í d í c í o b v o r t e c p ř e k l é p í v r v t n u e h o r ] u č e g o ' r éz ó k l a d n y , t e k ž e a p í n a č e sc stříiavě přepínají. Při jednom ehodu česové zékladny ae ne obrazov. e e k r e s 1 í j e d c n p r 1 b ě h , P ř i n á s l e d u j í e í n d r r : . r r ý .Ť e n t o r e ž i i n j e v h o d n ý pro součgsné zobrgzení obou gilnál1 při vvšríeh frekvencích. c)
ří4ící
obvod ae přcklépí
se velni
v rytnu
ehodu nultivibrátoru.
Stavy
ryehle
spínačů
střídají, takže se střídevě zobrazují krétké úscky obou signÉlů. Tento rcžim zobrazovóní je vhodqý pro pozorovéní nízko. frekvcnčních si6ná11. U oeeilockopu EO 213 jc frckvenee rnu1tivibrátoru
5a k{z,
Funkňní režimv vertiká1ního
zobrazení se nřcpÍnají
t!)5
-
t1ačítky
l1
o v 1 á ť l a c íp r v k y ( v i s o b r . 2 1 ) 1?315A'B6A,B7A'B8A,B9A'B-
to
sířový vypíneě indikace zapnutí fokuseee jas paprsku po gtupnÍch eitlivost jcnně citlivost (Ac) vetupu přepínač stejnosněrného (DC) a ctříťtevého zegilovač vgtuPní konektor pro vertikální vértikáIní poeuv stopy zdB
přepínaěe funkčníctr režinů - gobrazení kenálu A YA - zobrazení kanálu B YB A a B . zobrez?ní souětu signáIů z kanálu vo*Y,. alternující přepínání kanálu v rytnu běhu časové základay rir cHoP - rychlé přcpínéní eignélu běhcn jednoho běhu ěagové základny (cHoP) V prvých třech případcch běŽí na obrazovce jediná ctopa' ve zbývajících dvou přípaceeh lze pozorovat obě etopy. B - přepínač po].erity si3nálu pro kanál L2 . výatup kalibraee 13 - naatav.ní úrovně cpouštění 14 . vstup horizontá}nÍho zesilovaěe t vBtup pro Gxterní spouštění L5 - přepínačc pro režirny spouštění r6 ^UTO - autonatieké epouštění INT . interní spouštění (okanžik gpuštění lze řídit 11
poteneionatrem 14) . cxterní spouštění (spouštění ěasové základny cignéIen př j'váděným na vstup 15 ) . na vgtup L5 x běh stop.y dán vnějším cignólcn přiváděýn . p ř e p í n á n í d o b y j e d n o h o b ě h u č a g o v éz á k l a d n y p o s k o e í c h . č í s l a u d á vají dobu,za kterou sc paprsek posune o ]' díIek raotru (1 cn) . plynulé f!zení časové základny i , . pětinásobné roztažení stopy J . přepínání poJ'arity spouštěcího inpulau INT - zapojcní inteqračního ělenu . horizontclní posuv etopy ExT
t7 18
r9 20
oceiloskop E0 213 používáme ke gledovánl fázového pocuvu cignáIu f é z o v é mř í z e n í p r o u d u t y r i s t o r e n . Pro tcnto úěe1 potřcbujeuc zobrazit obě stopy. Sledované eignály přivédÍm. na konektory 8A a 8B . Protože frekvenee měřených signálů je porněrněnízká (5o Hz), používánc při zobra-
při
-196-
.."t:,
::
zcní režin přcpínání giqnálu běhcm jcdnoho běhu ěasové zók}aťtny. Tcnto rcžin volíne etlačenín tlačít}e cHoP (11).
8.MosŤ
l[Tw
Ťento most je klaeic(ým IaboratornÍn přístrojen pro stejnosněrnál Yý. jeou ve větvích noetu rryrobenízkofrekvenění něření odporů. Odpory .jímeěně r1y z uněle stárnutého nanganinu a vinuty tak' aby byla potlaěena jejich indukěnogt a kapacita, coŽ unoŽňuje po'-lžít mogtu i při tónových frekvencích. Přesnost cejchování odporů o hodnotách qyšších než 1Q ;e 3 o$2 % z jne! o ' l t . V š e c h r 1 yo d p o r Y j e o u c e j c h o v á n y novité hodnoty, u odpcrů nenšícn v absolutních ohnech. Celková přesnost měření je asi 1 o,o' s při dodržení následu.jících podmínek: - dostateěná citlivost galvanometru - při oěření je použito všech pěti dekád - je správně vybrán odporový norrnál a poněrová ramena noatu a' b - odpory mostu nejeou tepelně přetížery. Popia zapo.iení nogtu Při nulovérn Schéna mostu ve lťheatstoneově zapojení j e n a o b r . 2 2 . proudu indikaěnín přÍstrojen G zapojenén v úh1opříěce nostu bude platlt X.b-R.a, kde R, X, B, b joou odpory v ramenech nostu, X je něřee, b poněrové odný odpor' R srovnávacÍ odpor' PorYl jehož hodnotu naetavíue na pětí odporových dekádách. měření nalých hodnot odpo. rů agi od 1 olmu níŽe bychon něřili na wheatgtoneově nostě s doeti znaěnými c}rybani. Pro. jevují se zde totiž nežáťloucí Při
přechodových
odporů nezi kontakty v nístech připoJení Obr. 22 něřenélro odporu i oťlpory přívodnícb šňůl. Proto Je pro něpoužít ření nalých hoťlnot odponů lépe nogtu v zapojení Thongonově (obr. 23). Akunulátor.ová bateríe B je spojena do série s anpérmetrcn A' něRo a poeuvným odponom P . Posuvřenýu odporen l no::náInín odporen \ R nýn odporem nagtavrrjene prouťl obvodgn. Pokud jsou odpory větví nogtu v1ivy
- L9't -
přívoDodstat.ně větší než přechodové odpory v kontakt€ c h a odpory tyto oarazíLní orlpor? výsledek m ě ř e n í . V ě t v e m i m o e t u t o t i ž dů, ieovlivní teěe podstatně menší proud a n". nežodpory \ Rn V rnogtě se porovnávají ve-
sr R
D
napětí na odporec|r likosti jevrovn..rRn a \.Most véze, galvanometrelB nete. ěe prouó' pokud \-R,,
t!!l
;R^!ip! rl
'!
i? r--{!t
-!z
-.:7-a---
?i,
-t A;- - --__
/
t-,'
__J
,
Rp
Odoor R ee nazývá SťoVnávací a je složen z 5 klikových ťtvojitých dekád. Poněrové oťlpory Ro se zařazují kolíkovýni přepínaěi. Přegné něření R,, vyžaduje, abý ďpory byly zapojerv ětyřa \ bodověn s vnějšíni prounapěťtovýui a vnitřníni
Obr. 23
řovýni
svorkami.
Měření ve Wheatetoneově zapo.iení Most upravírne pro něření tím, že 1 kužeIový ko1ík vsunene do sedla ko1íkového přepínaěe s oznaěenírn W , zbývající 2 lcolí\y zaouneme do poněrového kolíkového přepínaěe, a to tgk; aby poněry vyhovovaIy něřenénu odnoru (viz tsbulku). Ramena trostu
olnů od
.do
1 .r o 3
t0 1.102 1.103 1 . 1 04
1.104 I .105 1.106
1.106 1.107
I 10 I .102
r. lo5
a
1 10 100 1000 1000 1000 lo00
r000 1000 1000 1000 100 10 1
Doporuěené napětí baterie V
2-1 2-4 4-6 6-25
2'-ro 2'-ro 2r-50
připojíne na svor$ o. V případě, že je galvanoměr r:místěn na oalvanoměr vzťláIenějším míatě, je ťlobře provést přívod stíněnfo kablíken. Vhodná připojíne galvanoněru }oo - 2@ nrn./pA. Akr:nulátorovou baterii citlivogt x připojíne odpor' B poťlle zapojovacího gchénatu. Ne svon$ ná svorky který ehceoe něřit. Dále pak: - knoflí\y snovnávacích
oťlporových ťlekád naatavíme přibližně -198-
na hodnotu
.
odpovída.jící dekadickénu nágobku hodnoty' kterou chcene něřit přesnykaě pak přepnene do polo}5l "hrubě" a knoflí}y grovnávacích dekád r|yrovnáne výc}ylku galvanoměru na o přepnene přesnykač na ..jenněr a arovnáváne otáěenín knof]'íků sroYnávacích dekád' až nagtavÍne galvanoněr na o odečtene hodnotu srovnávacích dekád v okénkách a poatavení poněrových dekád "a" a 'b' X - R . vypočterre hledaný odpor podlc vzorcc B
V zapo.iení Wheatstoneově se zapoju.ie jako srovnávaeí rameno n jen jedna polovina dvojitých dekád tohoto mo6tu. Svor\y a Rn zůstávají prázd\ n é , n e z a p c . i e r r y . t o u t o m e t o d o u m o ž n on ě ř i t o d p o r y o t l 1 d o I . 1 o ' o h n ů . MěřenÍ v lhongonově zapojení Most upravíne na za;ojení Thonsonovo tíu, že kuželový kolík přepínaěe vložíne do sedla T. Na svor$ nt{ přioojíne potsnciální vývoťly odporového nornálu (veIikoat odporového normálu zjistírl'e z příslušné tabulky). Na svor\y o přioojíme nízkoodporový galvanoměr s citlivostí aoi rnnl p A. 50 Proudové svorsr . Rx připojíme do série s ampérnetren' akunrrlátorofo vou baterií' regulačním odporen (viz scrtémalJ). Proud nastavíme podle užitého nor.málu od.poru. Ko}íU poněrového přepínaěe zastrěíne vždy na souhlasnou hodnotu (a-b). Velikost pooěrů vo}íme ood1e následující tabul\r.
od
\
cřuoů do
Rn o}rnů
\ (a=b )
1
1.10-1
r.10 -
1000
l.rc -
1 . ro-2
1. to-2
1000
- ?-
t.1o-2
1.10-3
1.10
1000
1. 1 0 - 3
1 .r o - 4
1.10-4
1000
1.10-4
1.10-5
1.10-4
1000
r.10-5
1.Lo-6
1.lo-4
100
Vzorec pro výoled11ý odpor
Poznánka
&=\t
\=*nF
Nutno připojit něř. odpor na R'n a odlporový nUrmál na \
Dále pak: - knoťlí\y
srovnávqcích oťlporů nastavíme na hodnotu odpovíťtající přibliŽně něřenénu odporu - stieknene páěku přepínaěc na "h:rubě-ň a qyr:ovnáne galvanoněr ne o - přepnene na ''jenněn a r1yrovnáne znonr na O - odečtene hodnotu poněrové áekáťty, klikoqých srovnávacÍch dekád a hodnotu odporového nor:náIu - vypoětene výeledný odpon podIe přísIušného vzorce
-r99_
uvedeného v tabulcc.
ť . o ž n o s tm ě ř e n í n a l h o m s o n o v ě m o s t ě j e 1 . 1 . 1 0 - 6 o h m ůz a p o m o c i o d RN/I 0'1 . porových norné].ůpro vyšší pr.oudová zatíŽenl, jako např. . o'o1 - o'ool - o'ooo1 ór,nůaus. Se sníženou přesností lze měřit i menóí ohrnů; při použití odporového nornálu o,O0oo1 ofunu odpory až asi do 1.to-8 je nut,až do ]..ro-9 ofunu. Propojení odporového nor.málu s měřeným odoorem pĎi no provést pomocí si}nějšího měděného pásku. o}rmický odpor spojky nemá přesně.iších měřeních překroěit eouěet hodnot odporu měřenéhoa použitého napětí z odporů k mostu je nutno používat co nejnormálu. Na přípojení kratších přívodů, aby jejich odpor by! vzh}eden k hodnotě nastavené na derádách zanedbatelný. V případě, že něříne menšÍ hodnotu odporu, Aež je hoťlnota odporového něřený odpor na svorlqr Rn a odporový nornál nonné}u, je vhodné připojit pro výpo. na \ . Zároveň s touto zněnou nutno upravit i výg}edný vzorec = Rtt platí \ = \t větší než RN až"-\ čet, a to tak, že pro \ + Svor\t B a x zůstilpro RnlPakptatí n e n š í n e ž \:nNig. \ v a j í p r á z d n é , n e z a o o j e n é . R o z s a ř 5 l n ě ř e n í v z a p o j e n í W | r e a t s t o n ea T h o m s o n ee vzájemně ěástečně překrývají. BM
MEIR
9. A.
G
3T1
urěený k něření Q-metr les].a BM 3tt G je laboratorní něřÍcí přístroj v h i t o ětovém rozgae1ektrických vlastností součástí rezonančních obvodů hu 5o kqz až 50 MHz. Použitím vnějšího generátor:u je možnéněření v doje nožno něřit příno p1ňkovén rozsahu kmitoětů L až 50 YJLz. Přístrojen indukěních cívek v rozsahu 1o až 60o' přiěemž rezočinitel neknitání % nanění kapacita je naatavitelná vrozgahu 18 ež 55o pF. Aplikací rezonančních metod Ize zjiš{ovat: v}astní kapacitu indukěních cívek, ckvivalentní komponenty radiotectrnických součástek (odporů, kondenzátorů, cÍvek) v para}elnín
nebo sériovén vyjádřcní
a vlastnosti
vf nes;rnetrických
vedení.
P.užitírn speciálního přípravku Teala BP 3110 je možnérněřit ztrátový tuhých izolaěních Er konstantu dielektrickou ts ó a relativní ěinitel nateriá1ů. ěinnosti
hincip
činite1 napěřového naknitání rezonaněního obvodu' elopři čenž zt,ráženého z měřené cívky a vestavěného otoěného kondenzátoru' rozložerryl. tové odpory nohou být v obvodu libovolně du
Přístroj
něří
činitet
jakoeti
%
> 10
a souvigí jeťlnoduchýn vztahen
o= je ladící
%
s ěiniteleB
nakmitání
Qf
za předpokla-
C+Co
něřené cívky.
Princije zakrealeno na obr. 24. Vazební ělEn dodává ilo plální gchéma příatroje U" . Výstupní napětí vf generátortr enelrgii. o napětí něrného obvodu vt obvodcm. etabilÍzaěnín je udržováao na kongtantní hoilnotě autonatickýn % kdc
c
kapacita
a
Co
-200-
.:.:,Tll!rcF.ffiTYr:1
vlagtní
kapacita
I I
J
1 . vf generátor 2 - výstupní vo1tnetr l . oěrný obvod 4 - vstup. voltnetr R 4 - vazební ěIcn
Lr Cx
Obr. 21 Protože noměr rnezi v;/stupnío napětín vf generátoru Ug a napětín U" poměren dělícín vazebního ělenu, neněnn3l' daď \mitočtově nezávigIfu .ie .ie konstantní takÁ Uv . Po nastavení něrného obvodu do rczonanCc B oepětín U,, se zvýší na kapacitní reaktanci kondenzátcru C napětí rra hod. notu Ur . činitct napěřcvóhc nakmitání je přírno mírou jakostl obvodu
+U,, =
qf
p o d n Í n k a% > 1 o
o - vládacÍ orvkY S c h é n a t i c k . yj e r o z I o Ž e n í o v 1 á d a c í c h p r v k . 1 n a p ř í o t r o j i na obr. 25.
Obr. 25 A. B;
eí[ový vypínaČ kontro.].ní žárovka . ' . a} č í t k o . . K o n t r o l a
vf napětí"
=1O' *
I I I
-
zakrcsleno
U
F u
H I r)
K L
u tÍ
o ť R
. . . . . . .
méřidIo zák].adní deeka ge svorkani přepínaě "o - ilěřcnÍ" nastayení kapacity něrného obvodu rozladovaeí kondenzátor nonogťan pro výpočet indukčnosti nssteyoní knitočtu nestevení }mitočtovéhorozgahu (karusel) nagtavgní "Nula A Q.. nastavení nuly přepínaě '.Q . A Q" přepínaě "Rozsa|5l' poteneionetr '.Dostavení vť nepětí"
Uvedcní dc Drovozu Před zapojením přístroje kontrolu"ieme naatavení nuly něřid1a. PřípadPřepínaě P "Rozea|5l Q" nan Á d o s t a v e n í p r o v e d g n e š r o u b k e mn a n ě ř i d l e . 'Qr . Přepínaě G do popoIoř1y stavit tio polo|ry "600" , přepínaě O do - roz. 1o|5r "o" . Přístroj uvést do provozu zapnutín sí[ového vypínaěe A P o v y r o v n á n í v n i t ř n í c h t e p l o t n ů ž e n ep ř i svítí se kontrolní žárovka B stoupit
k v]'estnínu měření.
ZákladnÍ něření Do svoreE Lx na zák}adní desce F upevnit roěřenou cívku. Předpo. D muk1ádarr.ýrczsah něřeného Q nastavit přepínaěem P . Ručka rněřidla N sí ukazovat nulový dí].ek. Případné dostavení provést pctencionetren Voliěen L polořty G do "Měření... po odejmutÍ krycího. víčka. rřepínaě nastavit žádaný kmitočtcvý rozsah, knoflíken K nastavit kmitoěet. Po D ukazovat na trojúhe1nusí něřiťllo C "Kontrola" stlačení tlačítka
R . otáčenín níkovou značku. Přípaťlnédogtavení prové8t potencionetren D . projeví rrýctryIkou něřid1a knof1íku H vyhledat rezonanci, která se přeaně maximun rgzonance (maximum naJenqýn konťlenzétoren I nastavit kmi taného napě tÍ ) . t nastavenéau v okénNynÍ lze provést odečtení údajů. Ke kmitoětu odeěteď z něřidpřísluší zrněřený činitel nskÍBitání q ku "Knitoěet" C zígkaná souěten údajů v okénku "Kapacita pF". D a kapacita la Připonínky
k urěření
I,x nebo C* (na základnÍ desce r ) Před rnanipulací na svorkách je nutno přepínaě o přepnout do polořry "0" i jinak v ilůeledku ztráty spojení nřížky detckění elektr:on\r se zemí přes něřenou stejnosěrného D zce}a nedefinovar1ý úda..ia vzniLá nebezpcěí jeho cívku, má něřidlo něřeníni výpoškození přetížcnín. Přepínačern o lze nezi jednotlivýul D . Přepnutío do ponrrly něřidla nagtavcní elektrické hoťtně kontrolovat A Q ' ne. nusí oěřid}o ukazovat vždty nulu (neplatí při něřcní 1ohy 'o' boř tan .ie elektrická něřiťlla ).
nu1a potlaěcna
-202-
-
kompenzaěníu napětín nino
rozsalr
Volba rozgahů a přepíneěen P je zcela Zuěnu rozsahu Q veněnío nactavení přístroje. rékoll fázi oěřcní.
nezáviglá na vysokofrekje tcdy moŽno provéet v ktg-
Úroveň vf budícího napětí je udržována autonat1c$r na jnenovité úrovni v celén kmitoětovén rozsahu vf generátoru Q-netru. Při vyšěích požadsvcích na přesnogt něřcní je vhoilné oběaa provéat kontrolu vf budícÍ úrovně gtlaěcním tlačítke c . Postup při něřcní impcdancí }ineárních prvků elektrických způcob vyhodnoccnÍ výsl.cdků je uvedcn u úlo}y tl.
obvodrl a
Korckce zb.vtkov.ýchparanetrů Zbytkové paranetry otočného icondenzátoru, reálná sloŽka vetupní in. pedancc dctektcru a vazební odoor' vstupují do néřcnÍ a způsobují v okra.iových oblastech něříeího rozsahu pok}ea neněřeného činitele naknitání q v ů č i g k u t e č n éh o d n o t ě p l í e l u Š n é d a n é e í v c e . P ř i n ě ř e n í v p r a k t i k u t y t o korekcc neberene v úr'ahu. Snažíne se provádět něřcní tek' aby při nízkých ť r e k v e n c í c h b y l a k a p a c i t a n e s t a v e n á n a o t o č n é ok o n d e n z á t o r u c o n c j v ě t š í a při rrysckých ťrekvencíeh naopak pokud uožno nejnenší. Korekění grafy a provádění je uveden vo ťirennín návodu. Korlgovat výaledek způsob "iejich něření by bylo třeba při ťrekvencÍch vyšších než }0 f,Hz a vyeokén činite1i jai
lc.zDRcJE
NAPĚrÍ
které jeou V l a b o r a t o ř í c h s e p o u ž í v a j í p ř e d e v š í r nj a k o p ř í s t r o j e ' napětÍn. Naschopny napájet elektronické obvody nízkýn stabilizovaqýu hrazují dřívc používané rozvody e akunulátorovýD1 zdroji. a) Zťtroj oP 28o 45 Arltna Iento příctroj eeetévá ze dvou samoetatně regulovatelqých stejnocměr. ných zdnojů A a B . Napětové rozsař\y obou zdrojů jeou odllšné. Zdroj pracuje v rozgahu výatupního Íra. A ' r:nístěr1ý v levé polovině přístroje, p ě t í 0 - 2 4 v , z d r o j B r ' u n í e t ě n ýv p r a v é p o l o v i n ě v r o z s a h u 1 2 - 3 ó v . oba zdrojc lle propojit do série' ěínž zígkáEe plynuie regulovatelqý zdroj 0 - 60 V. Na'pětÍ na zdrojích se naetavuje přepínaěi 2 a pl.ynule potencionetry 3 , které nají etupnice ecjchorrané ve voltech. Výatupní prouťl zdrojů něříne nilianpérootry 1 . Dovo}ená velíkogt výstupníhc prou. du se naotavuje na ořcpínaěích automatické pojistky 6 v pěti rozeazích. je při Trvalá zatížitelnost zdrojc o'8 A tcplotě níetnoeti do 2,|o c a klesá na o,2 A při tgp]'otě nígtnosti 35o c. Přl překroěení hodnoty nsxiná1ního povoleného proudu' naatavcné přepínaěcu 6 | aC rozsvítí příclušná aignální Žárovka 5 .
_203_
při napětt 24 v, odpor zdroje A je nenší než ó0 nQ při napětÍ 36 v. Zvlnéní výetupního n&u zdro.je B .ie nenší než 5 n Q p ě t í b y n e n ě l o u Ž á d n é h oz e , z ť l r o j ů p ř e k r o ě i t 1 m V . Ú d a . i n a a t a v e n ý n a p ř e pínačích 2 a potenciometrech 3 souhlasí ge skuteěnou hodnotou výstupního napětí s př€snoetÍ ! o,z V při výstupním napětí nižšín ngž IO v. Při vyšších napětích je přeanost nastaven!' ! 5 %. VnitřnÍ
-Ovládací
orvky
Pchled
na přední
stěnu ořístroje
je schénaticky zakreglea na obr. 26.
0P 280 45 B - z d r o j 1 2- 3 6 V
I - něřící příotroje 2 - přepínaěe výetupního na. pětí poteneionetry pro jeoné 3 naatavení výstupníhc na. p ět í signá}ní žárovka zapnutí 4 zdroje 5 - signáLní žárov$ překročení nastaveného proudového rozsahu 6 - přepínače proudových rozsahů sířový vypínaě 7 výstupní svor$ 8 9 - zemnlcí svorka
-+-+
0br. 26 b ) Statron
3205
Seetává opět ze dvou nezávisIých zdro.iů. Každý ze zdrojů můžepracovat buá jako zdroj konstantního proudu nebo napětí. Příglušný pracovní režin .je deklarován rozsvÍcenín LED diody u příslušného regulačníbo prvku. ve siněru hodinových potencionetrů či 8 6 Otáčením desetiobrátkových U2s ' otáěením ruěiěek zrryšujene hodnoty stabilizovaného napětí Uts ěi gměru zrryšujeme hodnoty stabilizovaných poteneionetrů 16 a ]'4 ve stejném i-tého zdroje se nastaví proudů Ils , I2s . Při danéroodporu zá|éže \ Iis . Ii ? Uts /ai. napětí, je-1i'proud tekoucí áei'ěu reŽin stabilizace Pokrrd je napětí na odporu Ri rovné Ri Ii = Ri IiS < Uís pracuje zťtroj proudu. Pracuje-li např. 1 zdroj v režinu konstantv reŽimu etabilizace 6), Lze jej přbvést při daném n í h o n a p é t í ( s v Í t í ť l i o ť l au p o t e n c i o n e t r u proudu bučíotáěenín potencionetru odporu zá|ěŽe Ri do režinu stabilizace 16 proti sněru ňodinových ruěiěek (sníženín Irs ) nebo otáěenín potencio.ručiěek (zvýšenírn urŠ ). K přechodu jednol^' metru 6 ve sněru hoťlinových
_204-
Úa.j něřícího Uis = Ri Iis. DracovnÍho režinu ťto dqu}réhoťtojde, je-li přÍetroje odpovídá výstupníÍnu proudu nebo napětí daného zdroje. IndiLuje ěi Uis . St].eěcnín některého z tl.aěítek vžd.5rnactavené hodnoty lis 11' 12 ěi 13 lze zvol1t jeťlen ze tří možných pracovních režiuů zdroje: v / L A.
2'30
oba zdroj.e jsou jak proudově tak i napěřově nezáviale rle to základní pracovní režin, v něnž poregulovatelná. užíváne zdroj v praktíku. Nastavíne je.j gtlaěcnín tlaěítka t3 .
ur=u2
I a . oba zdroje jsou zapojer1y sériově. Výstupní svor$ ruůŽene odebírat 18 a 4 J jsou propojer1y a nezi svorkani v. Tento praeovní redo 60 plynule regulovatelné napětí žin nostavíne stlačeníu tlaěítka 12.
Jo v / 2 ^
- p o e t l a č e n Í t l a ě í t k a } l j s o u o b a z d r o . j e z a p c r . j e r 1pya r a l e l n ě , t a k ž e n ů ž e m eo d e b í r a t p r o u d a Ž 2 A . p ř i n a p ě t í d o 3 0 V . V posledních dvou případech je řícíc1 zdroj }' výstupní napětí a proud naetavujernepotenciometry 6 a L6.
o b a z d r o j e n e z á v i g l e ( s t l a č e n o 1 3 ) , j e r o o ž n on a k a Ž d é n Pracují-li z nich p1ynule regulovat výstupní napétí od 9o mV do J0 V deaetiobrátkový. prcudu regulujene výstupní rni potencionetry 6 a 8. V režinu stabilizace prcud potenciooetry 16 a 14 od cca 5 mÁ do 1 A nebo při stlačenén tlaěítku ]'O od c,5 nA dc loo nA. Při stlačení tlačíti
I'
6
.
7
-
a g
-
10 ll' 14
-
L7
pro zdro j
tr ) ( ne s t1ače no-vol tnotr' s tIa čeno-an:pértle řízení výstupního napětí zdroje l pro zdroj 1' tlačítko pro přepÍnání funkce něřid1a (neotlačeno voltÍBetr, stlačeno ampérnetr) řÍzení výstupního napětí zdroje 2 sí[ový vypínaě (stlačeno-zapnulo)
. přepínaě proudových rozsahů (stlaěeno.rozsah o'1 A 1 nestlačono-roZsáh r A) 12, 13 - přepínaěc funkcí zdroje - ťíxení výstupního proudu zdroje 2
_20r-
Obr.27
I5 1ó
r7
. něřidlo výatupního proudu nebo napětÍ zdro.je 2 - řízení výstupního proudu zdroje 2 . oěřidlo výstupního proudu nebo napětí zdroje l
PozoR : Před zapnutío zdroje tlačítkem 9 ee přesvěděte, že na zťlrojích jsou nastavenJ mininá}nÍ hodnoty výetupního napětí či prcudu (potenciometry v levé krajní poloze).
11.o8NERÁloRY Jako zdroje nízkoťrekvenčního napětí harnonického průóěhu používáne v praktiku jednak etarší e}ektronkové ge.nerátory BI 344 a Bll 3ó5, jednak nodernějěí, plně tranzistorované generátor1y BI 192, BÚ 519 a Bll '24 s lep. šíni technickýni paranstry. Všechr1y tyto 8enerátory pracují v přibližně stejnén ťrekveněnín rozgahu, od bítoětů řádově 1o1 Hz ao 1o5 aŽ to7 Í1z, Generátory Bx 344 a Bu 365, právě tak jako generátory BI 492 a BM 5l9 jsou jen nepatrně rozdí).né. Popíšene zde proto vž(y jen jeťlen z každé této dvo. jicc. a) Generátor Bt 344 Přístroj zapínáme rypínaěen B ' zapnutí indikuje žárovka A (viz obr.28 ). Nížc uvedenéparanetry přístroje jecu splněr1y teprve po ustáIení tcploty přístroje, tj. asi po 30 minutách po zapnutí. Při provozu není nut. příotroj né uzenňovat, neboř ;eno kryt je zapojen přívodní šňůrou na ochran. qý vodiě' Celý kmitoětový rozsah je rozdělen do pěti rozsahů:' pro rozsa}ry Í až ÍY, tj. od 2o Hz do 2o0 kHz, platí spoleěná stupnice (vnějěí). Pr.o rozeah v (0'2 |liH.a z Ž 1,4l{Hz) je sanostatná etupnice (vnitřnÍ). Žáacqy uitočtový rozgsb nagtavíne přcpínaěen
-205-
C . Knitoěet
generátoru
nastavíme
knoťl.íkeu D . ZdÍřka 01 je spojena B kogtrou. Iezi zdířtou 0' a o. o1 . 03 Je výatup přrc výatup příno z výatupního děliče. Iczl zdířkou
Jo
Obr. 2g kaoacitu o,1 pF pro připojení napětí z generátoru dc místa se stejnogoěr. nýn napětím nebo předpětín o nax. hodno+-ědo 4co v. Výstupní napětÍ lzc p1.ynule něnit poteneiotsetrcn i F a skoken po Io dB přcpínačen H . Konťno. Ia nastsveného výstupního napětí se provádí vestavěným voltrnetrem I ' jenž ná dvě stupnice pro 1o a 3 v a stupnici v dB. Přepínání výstupního napětí po 1c dB a cecibelové etupnice na něřidle r'rnožňujísnÍBání xnitoětových charei
-201-
b) ocnerátory
BI 492 a n
'r9
přoraánu zcclaboveěi a oaló kn1toětovtl záylaloVzlúcdrn L vcltavlnáuu cti Yýstupního napětí jgou oba gencrátory vhodaá ke kontrolc nilivoltnet. Oonc. ětyřpóto. charaktertattk rr1, něřcní z1aku lcallovačů a b1toětových rátor Bx 492 oůžc boně aapětí clnu.ovóbo průběhu dodávat i napětí obdél. níLové. U gcnerátoru BI '19 teto uolnoct ncní. g6rrh!gg{ c výatupnín napětín pouze v ton Úaaj výgtupního voltnctru případě, je.ll výatup zakoněen nonlnálnÍ zá!.é|,í (7! ncbo 600o ). Napětí na urělt zé vztahu výetupu při zakoačcní obccaýn odporon Ro n0řro
ur' ;ft-
2u,
v tonto vztahu znaocná uY napětí na výctupu gencrátoru, .U. napětí udávnitřní odpor generátoru (?5, 6@ Q ). .le-li vené voltoetrcn a \ dvojnáaobtsu napětí udávaného R"žRl , jc rýetupnÍ napětí rovno přibliŽně vol tDe trcB. OvládacÍ orvlY Rozníetění ovládacích prvků na ěcIní stěně příctrcje naticg zabeelcno na obr. 29 .
BM 192
Obr. 29
12l456789lo-
bnitoětová stupnice přepínaě rczaahů výstupní
voItuětn
nagtavcní necbanické nuly voltnetru výetupní děriě výstupní koncktory alnuaového průběhu napětí rogu1acc anpIitu{y hrubě rcgulace anplítuťly jenně nattavcní knltoětu jcuně eířový vypínaě
-208-
BI 492 je eché.
11 - regrrlacr anplltu(y oMélnítsů Jcnaě 12 - rogulecr cnplltuqy obdélníLů hnrbč t] . výetupní konqttorr obdálníLovótro pr0běhu napětí lcchaicLé
ncaí u n '19
úda.te
roaceh obou gencrátorú je 10 Bz ař 1O IBr v lcatl dgkadícgcnerátoru od aaatavcné hodnoty kých rozcazíclt. RclatlvnÍ .odc}ylLa bitoětu jc na nejnllšín a nejvyětín rogcahu ncnší než 3 Í, na octatních rozrazích ncnší na| 2 s. Výetupní napětÍ lze regu}ovat do 3'16 Y př! nonlnální zátěgenerátor naprázdno. Př1 přcla|Iování v ccléo ži ncbo ťto 6,3 V , pracujc-ll tottoětovén pácou kolícá výatupní napětí ntlně ncž o ! , Í, přl přcIaiíování v nozaahu 1oo Bz ař 1oO kltz o náaě než ! 2 u. Úttrn l dB je deflnován jako Je v ccléu rozcahu ! + r l V na odporcch 75 nebo 600 Q . Clyba voltnetru ťto 1 IHz jc zkrcaIení ncnší nel 1 t, na Přl tottoětrch z plné výcřyl\y. rozeahu do 1o IHz uenší ncŽ ) Í. Krítoětový
kuitočtový U gcnerátoru BI 192 gá napětí obdélníLováho průběhu stcjd ! prrlaů t L5 %, ťlélka Je l : rozaah jako napětí alnuaováho průblhu. StřÍóa náběŽné i ceetupné hrao37 Je trattí ncž 10 nt. AnPlltuda obdélníkového navýatupního napětí pětí Je 5 V na odporu ?! Q a 1o Y nsprázdno. Polarita Je ncgativní. c) O.cnerátor BI 52'l jako zdroj napětí ginuaového pr:ůběhu vc frakveněníu pámu 1o llz na prvá tři nígta ponocí přepínačů dekaKnltoěct oe na'tavuj€ knitočtu, v tozmazt ninlnálné jednoho třetího mígta lze generáV pásnu potencionctrcm jenného dostavení bitoětu. přeladlt jennějšího ponocí ťla].ší|to doladění 1 až 10 kgz je noŽno dogáhnout ještě je poťlgenerátoru a tohoto stabiIita potcncíonetru. Přeenogt naatavenÍ Slouží až 11o kl|z. dické vo1by tor plynule
větší neá u výše popaaných příatroJů.
ttatně
Genlrátor ná dva n.ezáv{gl.énapě{ové výstupy. Napětí na výstupu IIze plynule něnlt a vo}it jeho fázoyý poeun oo nebo 18oo vůěl neproněnnénu inťlikuje velikoet napětí na výetupu I. naoětí na výstupu II. Iěřící přístroj Jeho údaj odpovídá akutcěné hodnoté výatupního napětí, je-I1 generátor zatížen non1náIní záLéŽí 600 Q . Při jinéu odporu záLéŽa nugíme výstupní napětí vypoěítat podle vctahu uvedeného v předchozín čIánku. -ovládací
prvkv
Roznístění ovládacích
1 2 ] 4 5 6 7
. -
prvhl
je echénaticky zakregleno
sí{ový vrrpínaě kontroIní žárovLa přcpínaěc dekadlické volby lmitoětu ukazatclé ěícclné vol\y knltoětu ukazatelc deaetlnné ěárly přcpíaaě loitoětových rozsabů jeoné ťloladěnÍ lo1točtu -209-
I
na obr. 30.
BM 521
Obr. 30 8 - velni jenné doladění toitoětu na rozsahu 1 - 10 kHz 9 - nechanické naetavenÍ nuly něřídla Io - něřidlo napětí výetupu I l} - přepínač rozsahů napětí výetupu I 12 - konektor výetupu II 13 - přcpínaě fázového poeunu výetupu I 14 - konektor výstupu I 15 - poteneionetr jemné regulace výetupního napětí I -Iechnické úťla.ie I6n1toětový rozsah je 1o Hz až l1o kHz. Knitoěet je možno nagtavit na všech rozaazích s rozIišenín 1.10-4 ' na rozaahu 1 - 10 kHz g roz1išeníB je J o,' * ! o,o2 Hz, je-li potencio. 1.10-5 . Přegnogt nagtavení hitoětu netr 7 v poloze KAL . Zněna kmitoětu.s teplotou je nenší neŽ 1.Lo->/oc, ěasová zněna Lmitoětu L.Io-5/5 ninut, něříme-li po 30 ninutách provozu. Výstupní napětÍ se nění nanejvýš o t 3 Í při přelaěování v celém fnekveněnín rozaahu. Výstupní inpedance obou výstupů je 600 Q . Napětí na výstupu Ir jc nercgulovate].né a rovné 10 V naprázdno a 5 V při zátěži 600 Q . tlo 3,16 V při zátéží 600 Q l{apětí na výstupu I 1ze regulovat přibližně a na ťlvojnágobnou hodnotu naprázdno. Zkreg1ení obou výstupních signálů je nenší než o,1 $ do 50 kťrz a aei o,L5 % při vyšších fnekvencích. VýstupnÍ něřiťllo je třídy přeenoati ] a jeho údaj platí při zatíŽsaí jrnenovitou inpedanc í. Použitá literatura
v II.
ěáati
gkript
t 1] Brož J. a kol. l Základy fyztkálních něření f, SPN, Praha 1983 L?J l{atyáš V.: Elektronické něřící přístroje' SNtT.,/ALfAr haha 1981 Fírcnaí návod;r k popleovaným přístrojrln.
-210-
