1

Ćwiczenie nr 12

Drgania relaksacyjne w obwodzie z diakiem.

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest poznanie zjawiska powstawania drgań w obwodzie

zawierającym element nieliniowy oraz charakterystyk napięciowo-prądowych, przebiegów
czasowych prądu i napięcia oraz. trajektorii fazowych w obwodach drgających. Elementem
nieliniowym badanym w ćwiczeniu jest diak.

2. Program badań

W celu wyznaczenia charakterystyki diaka należy połączyć poszczególne elementy na

wkładce laboratoryjnej oraz dołączyć oscyloskop zgodnie z rys.12.14. Na wyjściu X oscyloskopu
obserwowany jest prąd diaka , a na wejściu Y jego napięcie w funkcji czasu.
.

2.1. Opis stanowiska pomiarowego

W ćwiczeniu wykorzystywane są następujące elementy i przyrządy
• panel "Drgania relaksacyjne" • oscyloskop HP 54603B.
• dekada indukcyjna
• dekada pojemnościowa

• dekada rezystancyjna

4.2. Wyznaczenie charakterystyki diaka

W ćwiczeniu prąd diaka mierzony jest w sposób pośredni - jako spadek napięcia na

rezystancji R. Przebieg napięcia na diaku powinien być obserwowany na ekranie oscyloskopu z
inwersją, gdyż spadek napięcia u

D

jest przeciwnie skierowany do spadku napięcia na rezystorze R.a.

Inwersję kanału można uzyskać za pomocą przycisku 2 z panelu Vertical w dolnej części ekranu
oscyloskopu pojawi się menu - należy wybrać opcję Invert

Aby uzyskać charakterystykę napięciowo-prądową diaka na ekranie oscyloskopu należy w

panelu TRIGGER wcisnąć przycisk Delayet . W dolnej części ekranu oscyloskopu pojawi się menu -
należy wybrać opcję XY . Przerysować charakterystykę u

D

(i

D

), gdzie i

D

=u

R

/R.

Proponowane jest narysowanie charakterystyki napięciowo-prądowej w powiązaniu z

charakterystykami czasowymi napięcia i prądu diaka ( jak na rys. 12.1).

2

Rys. 12.1. Obwód pomiarowy do badania charakterystyki diaka.

0

0

0

Rys. 12.2. Przykładowe przebiegi prądu, napięcia na diaku w funkcji czasu oraz charakterystyka

napięciowa-prądowa diaka.

2.2. Obserwacja drgań relaksacyjnych

3

Aby zaobserwować drgania relaksacyjne należy połączyć poszczególne elementy na wkładce

laboratoryjnej oraz dołączyć oscyloskop zgodnie z rys. 12.15. Na wyjściu X oscyloskopu
obserwowane jest napięcie kondensatora u

C

, a na wejściu Y- prąd diaka u

R.

.

Układ RC ( L= 0 )

Dla dwóch wartości pojemności C należy przerysować przebiegi u

C

(t), u

R

(t) oraz u

D

(t). Dla

jednej wartości pojemności zaobserwować trajektorię fazową napięcia u

C

.

Układ RLC

Dla dwóch przypadków L=L

l

, C=C

1

oraz L=L

2

, C=C

2

przy czym L

2

> L

1

i C

2

< C

l

,

zaobserwować i przerysować przebiegi u

C

(t), u

R

(t), u

L

(t) oraz u

D

(t). Dla obu przypadków

zaobserwować trajektorię fazową napięcia u

C

.

Rys. 12.3. Obwód pomiarowy do obserwacji drgań relaksacyjnych.

4

u

R

mV

u

C

V

0

0

Rys. 12.4. Przykładowe przebiegi napięć u

C

, u

R

w funkcji czasu dla równoległego połączenia diaka z

układem szeregowym RC (L = 0) .

0

0

0

Rys. 12.5. Przykładowe przebiegi napięcia u

C

i prądu i

C

w funkcji czasu oraz cykl graniczny dla

równoległego połączenia diaka z układem szeregowym RLC.

5

3. Opracowanie wyników

1) Narysować charakterystykę napięciowo-prądową diaka w powiązaniu z przebiegami

czasowymi napięcia i prądu tak jak na rys. 12.15.

2) Dokonać aproksymacji charakterystyki diaka przez krzywą odcinkami liniową, przyjmując

wartość prądu Is=3,5 [mA]. Na podstawie dokonanej aproksymacji należy obliczyć
przebiegi napięć uC oraz uD w funkcji czasu dla jednego z przypadków zmierzonych w
punkcie 4.2.1. Przyjąć uproszczenie, że układ jest zasilany ze źródła prądu : J = R .
Przebiegi uzyskane z obliczeń porównać z wynikami uzyskanymi doświadczalnie na
podstawie

pomiarów. Charakterystyki przedstawić na wspólnym wykresie.

3) Narysować przebiegi napięć u

C

, u

R

i u

D

w funkcji czasu dla równoległego połączenia diaka z

obwodem szeregowym RC (L = 0). Przeanalizować wpływ pojemności, indukcyjności i
rezystancji na kształt przebiegów i możliwości powstawania drgań (patrz rys. 12.17).

4) Przeanalizować i narysować przebiegi napięcia u

C

i prądu i

C

w funkcji czasu w powiązaniu z

cyklem granicznym w układzie szeregowym RLC. Nanieść charakterystyczne punkty (patrz rys.
12.18).

Uwaga: Na wszystkich wykresach nanieść konkretne wartości napięć i prądów.