RIEDL 3.EB – 12 – 1/7
1.ZADÁNÍ a) Změřte průběh výstupního napětí potenciometru v závislosti na poloze jezdce při různém zatížení, které je dáno různými hodnotami poměru RP/RZ, například 0; 0,5; 1; 5; 10 b) Změřenou závislost výstupního napětí na poloze jezdce potenciometru znázorněte graficky c) Pro každou hodnotu zatěžovacího odporu vypočítejte napětí na výstupu potenciometru pro dvě polohy jezdce a porovnejte se změřenými hodnotami
2.POPIS MĚŘENÉHO PŘEDMĚTU Měřeným předmětem byl v tomto případě potenciometr. Jako zatěžovací odpor jsme použili další potenciometr. Štítkové údaje obou těchto potenciometrů jsou uvedeny v tabulce. Zkratka R (Ω) Umax (V) Imax (A) RP 4600 neuvedeno 0,25 RZ 9800 500V 0,16 RP – měřený potenciometr RZ – zatěžovací potenciometr R – maximální hodnota odporu potenciometru Umax – maximální napětí Imax – maximální proud, který můžeme na potenciometr přivést
3.TEORETICKÝ ROZBOR 3.1 ROZBOR PŘEDPOKLÁDANÝCH VLASTNOSTÍ MĚŘENÉHO PŘEDMĚTU Měřený předmět je v tomto případě potenciometr. Je to elektronická součástka, která slouží jako regulovatelný odporový dělič. U těchto součástek je kontakt běžce vždy jen přitlačen k odporové dráze. Z toho plynou i jeho vlastnosti, jako menší stabilita nastaveného odporu, šum při protáčení, možnost změny odporu při mechanickém zatížení aj. Nejčastějšími typy odporů jsou rotační (otočné) potenciometry nebo přímočaré (posuvné, tahové) potenciometry. Odporová dráha posuvných potenciometrů je buď lineární, u které se odpor mění v závislosti na poloze jezdce rovnoměrně (lineárně), nebo exponenciální, kde se hodnota mění exponenciálně v závislosti na poloze jezdce. V dnešní době se již nejvíce používají otočné potenciometry a posuvné jsou již na ústupu a používají se pouze tam, kde je jich potřeba např. směšovací pulty studií a tak podobně. Výstupní napětí na lineárním potenciometru se zvyšuje lineárně pouze za předpokladu, že na běžec potenciometru není připojena žádná zátěž, potom se napětí na výstupu potenciometru vypočte stejně jako u nezatíženého děliče napětí tj.: RP 2 U výst U RP kde Uvýst je napětí na jezdci potenciometru, RP2 je odpor jezdce potenciometru, RP celkový odpor potenciometru a U je napětí přivedené
RIEDL 3.EB – 12 – 2/7
na potenciometr. Je-li potenciometr zatížen, tzn. Je-li na jezdci potenciometru připojena zátěž, tak na jezdci již není průběh napětí lineární, ale je závislé na velikosti zátěže, a vypočte se podle vztahu:
UP
UN
RP1 I P
kde UP je napětí na zátěži, UN je napětí přivedené na potenciometr, RP1 je odpor potenciometru před jezdcem a IP je proud, který teče do potenciometru. Tento vztah platí, protože zapojením zátěže na jezdec potenciometru získáme dva paralelně zapojené rezistory. Při paralelním zapojení dvou rezistorů je celkový odpor menší než je odpor nejmenšího, ze zapojených rezistorů. 3.2 ROZBOR MĚŘÍCÍ METODY Pro měření zatíženého potenciometru potřebujeme dva voltmetry. Jedním měříme přivedené konstantní napětí na potenciometr a druhým měříme napětí na jezdci potenciometru. Napětí na jezdci potenciometru je závislé na poloze jezdce. Není-li potenciometr zatížen, neměli by do jezdce téci žádný proud, jelikož je ale na jezdci připojen voltmetr, tak ačkoli má velký vnitřní odpor, tak poteče malý proud do jezdce. Tato chyba metody je však k velikosti proudu, který do voltmetru poteče, zanedbatelná. Jako zdroj napětí použijeme regulovatelný zdroj, na kterém po celou dobu měření budeme udržovat konstantní napětí. Při zatížení potenciometru, tj. na jezdec připojíme zátěž, zapojíme tak dva odpory paralelné a celkový odpor této kombinace se zmenší, do jezdce poteče proud a tím se zmenší i napětí na jezdci.
4.SCHÉMA ZAPOJENÍ
RP
+ U
V1
-
U – zdroj napětí V1 – digitální voltmetr V2 – digitální voltmetr RP – měřený potenciometr RZ – zatěžovací potenciometr
RZ V2
RIEDL 3.EB – 12 – 3/7
5.POSTUP MĚŘENÍ a) potenciometr rozdělte na 10 stejných částí pomocí pravítka nebo jiného měřidla b) zapojte přístroje podle schéma zapojení, ale bez připojeného zatěžovacího odporu RZ c) na zdroji napětí nastavte konstantní hodnotu napětí takovou, abyste nepřesáhli maximální povolené napětí, které můžete na potenciometr přivést d) na potenciometru nastavte požadovanou polohu jezdce e) zapište do tabulky vzdálenost jezdce potenciometru f) přečtěte hodnotu napětí z voltmetru V2 a zapište ji do tabulky g) pomocí ohmmetru nastavte na zatěžovacím odporu takovou hodnotu, abychom získali požadovaný poměr RP/RZ h) Připojte zatěžovací odpor do obvodu i) Přečtěte hodnotu napětí z voltmetru V2 a zapište ji do tabulky j) Odpojte zatěžovací odpor z obvodu a pokračujte pro další požadovaný poměr od bodu g). Pokud jste již změřili napětí pro všechny požadované poměry RP/RB, pokračujte následujícím bodem. k) Odpojte zatěžovací odpor a pokračujte pro další požadovanou polohu jezdce od bodu e)
6.TABULKY NAMĚŘENÝCH A VYPOČTENÝCH HODNOT Tabulka č.1 Rozdělení odporu potenciometru a odporů zátěže v závislosti na poloze jezdce potenciometru l (cm) 0 2,9 5,8 8,7 11,6 RP1 (Ω) 4200 3728 3262 2796 2330 RP2 (Ω) 0 466 932 1398 1864 RZ (Ω) při 0 932 1864 2796 3728 RP/RZ=0,5 RZ (Ω) při 0 466 932 1398 1864 RP/RZ=1 RZ (Ω) při 0 93,2 186,4 279,6 372,8 RP/RZ=5 RZ (Ω) při 0 46,6 93,2 139,8 186,4 RP/RZ=10 l (cm) 14,5 17,4 20,3 23,2 26,1 RP1 (Ω) 1864 1398 932 466 0 RP2 (Ω) 2330 2796 3262 3728 4200 RZ (Ω) při 4660 5592 6524 7456 8400 RP/RZ=0,5 RZ (Ω) při 2330 2796 3262 3728 4200 RP/RZ=1 RZ (Ω) při 466 559,2 652,4 745,6 840 RP/RZ=5 RZ (Ω) při 233 279,6 326,2 372,8 420 RP/RZ=10
RIEDL 3.EB – 12 – 4/7
Tabulka č.2 Napětí přivedené na potenciometr UN (V)
20
Tabulka č.3 Výstupní napětí potenciometru bez zatížení l (cm) 0 2,9 5,8 8,7 U (V) 0 1,8 3,864 6,3 l (cm) 14,5 17,4 20,3 23,2 U (V) 11,15 13,54 15,65 18,11
11,6 8,69 26,1 20
Tabulka č.4 Výstupní napětí potenciometru se zatížením v poměru RP/RZ = 0,5 l (cm) 0 2,9 5,8 8,7 11,6 U (V) 0 1,319 2,8 4,74 6,8 l (cm) 14,5 17,4 20,3 23,2 26,1 U (V) 9,11 11,45 14,13 17,3 20 Tabulka č.5 Výstupní napětí potenciometru se zatížením v poměru RP/RZ = 1 l (cm) 0 2,9 5,8 8,7 11,6 U (V) 0 1,035 2,296 3,81 5,59 l (cm) 14,5 17,4 20,3 23,2 26,1 U (V) 7,71 10,03 12,88 16,57 20 Tabulka č.6 Výstupní napětí potenciometru se zatížením v poměru RP/RZ = 5 l (cm) 0 2,9 5,8 8,7 11,6 U (V) 0 0,384 0,87 1,498 2,36 l (cm) 14,5 17,4 20,3 23,2 26,1 U (V) 3,51 5,04 7,52 11,35 20 Tabulka č.7 Výstupní napětí potenciometru se zatížením v poměru RP/RZ = 10 l (cm) 0 2,9 5,8 8,7 11,6 U (V) 0 0,207 0,478 0,843 1,39 l (cm) 14,5 17,4 20,3 23,2 26,1 U (V) 2,054 3,87 4,96 9,49 20 Tabulka č.8 Vypočtené hodnoty proudu tekoucího do potenciometru IP (mA) při IP (mA) při IP (mA) při IP (mA) při IP (mA) při l (cm) RP/RZ=0 RP/RZ=0,5 RP/RZ=1 RP/RZ=5 RP/RZ=10 2,9 4,762 4,952 5,049 5,255 5,305 20,3 4,762 6,438 7,803 13,55 16,28
RIEDL 3.EB – 12 – 5/7
Tabulka č.9 Vypočtené hodnoty napětí na výstupu potenciometru UP (V) při UP (V) při UP (V) při UP (V) při UP (V) při l (cm) RP/RZ=0 RP/RZ=0,5 RP/RZ=1 RP/RZ=5 RP/RZ=10 2,9 2,247 1,538 1,177 0,409 0,223 20,3 15,56 14,0 12,73 7,371 4,827 RP1 – odpor potenciometru před jezdcem RP2 – odpor potenciometru na jezdci RZ – odpor zátěže l – poloha jezdce potenciometru UP – napětí na výstupu potenciometru IP – proud tekoucí do potenciometru UN – napětí přivedené na potenciometr
7.VÝPOČTY Výpočet proudu tekoucího do nezatíženého potenciometru: UN IP RP max například:
IP
UN RP max
20 4200
4,762mA
Výpočet proudu tekoucího do zatíženého potenciometru:
IP RP1
UN R P 2 RZ R P 2 RZ
například:
IP RP1
UN R P 2 RZ R P 2 RZ
20 3262 652,4 932 3262 652,4
13,55mA
Výpočet výstupního napětí potenciometru: U P U N RP1 I P například: UP
UN
RP1 I P
20 932 13,55 10
3
7,371V
RIEDL 3.EB – 12 – 6/7
8.GRAFY viz. příloha Legenda ke grafu: 0 – RP/RZ=0 0,5 – RP/RZ=0,5 1 – RP/RZ=1 5 – RP/RZ=5 10 – RP/RZ=10
9.SEZNAM MĚŘÍCÍCH PŘÍSTROJŮ Zkratka U V1 V2 -------RP RZ
Název a typ přístroje Regulovatelný zdroj STATRON TYP 2229 Digitální voltmetr METEX ME-32 Digitální voltmetr METEX ME-32 Digitální ohmmetr METEX ME-32 Měřený potenciometr Zatěžovací odpor
Výrobní číslo 0412027 EJ010295 EJ010537 EJ010583 -------------------
10.ZÁVĚR Naším úkolem bylo změřit potenciometr s několika různými poměry odporu jezdce potenciometru k zatěžovacímu odporu. Při tomto měření nenastaly žádné problémy. Měřený potenciometr měl sice štítkovou hodnotu odporu 4600Ω, ale po přeměření jsme zjistili, že má hodnotu odporu 4200Ω, tak jsme dále při měření počítali s touto hodnotou. Při měření jsme přivedli na potenciometr konstantní napětí 20V. Po vypočtení hodnot výstupního napětí potenciometru pro každou hodnotu zatěžovacího odporu připojeného na výstup potenciometru pro dvě polohy jezdce jsme zjistili, že se tyto hodnoty napětí na výstupu potenciometru od naměřených liší a to řádově o několik desetin. Toto může být zapříčiněno stářím měřeného potenciometru a tím způsobeného nedostatečného kontaktu mezi odporovou dráhou jezdcem potenciometru. Z teoretického rozboru vyplývá, že potenciometr má bez připojené zátěže na výstupu v závislosti na poloze jezdce lineární průběh. Toto vyplývá i z grafu. Po připojení zátěže již průběh lineární není což vyplývá také z teoretického rozboru a také z grafu. V grafu je také vidět, že čím větší je poměr RP/RZ, tím se výstupní napětí více oddaluje od průběhu bez zatížení.
RIEDL 3.EB – 12 – 7/7
GRAF VÝSTUPNÍHO NAPĚTÍ POTENCIOMETRU V ZÁVISLOSTI NA POLOZE JEZDCE A VELIKOSTI ZATĚŽOVACÍHO ODPORU 21
U (V)
18
15
12
0 9
0,5 1
6
5
3
10 0 0
3
6
9
12
15
18
21
24
l (cm)
27
