background image
background image

Opracowali:  
dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel 

2

 
 
A. Cel  ćwiczenia. 
 

-  Pomiar charakterystycznych parametrów szeregowego obwodu rezonansowego 
-  Wyznaczenie krzywej rezonansowej szeregowego obwodu rezonansowego 
-  Pomiar charakterystycznych parametrów równoległego obwodu rezonansowego 
-  Wyznaczenie krzywej rezonansowej równoległego obwodu rezonansowego 

 
B. Wprowadzenie. 

 
Rozważmy szeregowy obwód RLC przedstawiony na rys. 1. Impedancję tego obwodu można 
opisać zależnością: 
 
 

(

)

C

L

T

X

X

j

R

Z

+

=

 (1) 

 
Dla pewnej wartości częstotliwości f

r

 , składowa reaktancji jest równa zero i impedancja ma 

charakter czysto rezystancyjny. Przypadek ten znany jest jako rezonans szeregowy lub 
rezonans napięć, a częstotliwość  f

r

 zwana jest częstotliwością rezonansową obwodu 

szeregowego. Wartość  f

r

 można wyznaczyć z zależności (1) przyrównując składową 

reaktancyjną do zera. 
 

 

LC

f

f

fC

fL

X

X

X

X

r

C

L

C

L

π

π

π

2

1

2

1

2

0

=

=

=

=

=

 (2) 

 
Dla częstotliwości rezonansowej f

r

, obwód charakteryzuje się minimalną impedancją  Z

T

=R, 

przepływający przezeń prąd ma wartość maksymalną i jest w fazie z przyłożonym napięciem. 
 

 

0

0

0

0

0

0

=

=

=

R

U

R

U

I

I

R

 (3) 

 
Prąd I

R

 jest w fazie z przyłożonym napięciem U. Spadki napięć na L i C można opisać 

zależnościami: 
 

 

0

0

90

90

=

=

C

C

L

L

X

I

U

X

I

U

 (4) 

Można więc zauważyć,  że U

L

 i U

C

  są równe co do wielkości amplitudy, lecz o przeciwnej 

polaryzacji. 
 
 
 
 

background image

Opracowali:  
dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel 

3

C. Część eksperymentalna. 

 

1.  Umieścić moduł KL-13001 na płycie głównej stanowiska KL-21001. Znajdź schemat 

„i”. Połącz obwód zgodnie z rys. 1 i rys. 2. 

 

 

 

Rys. 1. Schemat układu szeregowego układu rezonansowego 

 

 

 

Rys. 2. Schemat układu szeregowego układu rezonansowego na module laboratoryjnym 

 
 
2.  Ustaw zakres generatora funkcyjnego w pozycji 10 kHz i wybierz funkcję sinus 

selektora funkcyjnego. Ustaw napięcie wyjściowego generatora na wartość 5 V 
wskazywaną przez cyfrowy woltomierz AC i zanotuj tę wartość jako U

we

 (przy 

częstotliwości generatora = 5 kHz). 

 

U

we

 = ...........[V]

AC

 = const. 

 

3.  Podłącz U

we

 do obwodu zgodnie z rys.2. Zmierz spadek napięcia na rezystorze R13; 

zmieniając wartość częstotliwości generatora zanotuj maksymalną wartość napięcia na 
R13. 

 

U

R13

 = ...........[V]

AC 

background image

Opracowali:  
dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel 

4

 

 

Czy badany obwód szeregowy zachowuje się teraz jak przy częstotliwości 
rezonansowej? 

…

 Tak

 

 

…

 Nie

 

 

4.  Pomierz częstotliwość wyjściową generatora funkcyjnego i zanotuj ją jako 

częstotliwość rezonansową obwodu szeregowego f

r

 

 

f

r

 = ...........Hz

 

 

5.  Oblicz częstotliwość rezonansową  f

r

 dla zastosowanych w obwodzie wartości  

L3= 10 [mH], C4=100 [nF], R13=330 [

Ω]. 

 

f

r

 = ...........Hz 

 
 

Czy jest zgodność pomiędzy pomierzoną i obliczoną wartością f

r

 

…

 Tak

 

 

…

 Nie

 

 

 

6.  Używając woltomierza AC zmierz spadek napięcia na indukcyjności L3; ustaw 

regulator częstotliwości w skrajnym położeniu obracając go przeciwnie do ruchu 
wskazówek zegara, a następnie obracając go zgodnie z ruchem wskazówek zegara 
zanotuj maksymalną wartość napięcia U

oraz wartość częstotliwości przy której ona 

występuje. 

U

L

 = ...........[V]

AC

 

 

f

rL

 = ...........Hz 

 
Czy wartość U

L

 jest większa od wartości U

we

 z pkt. 2? 

 

…

 Tak

 

 

…

 Nie

 

 

7.  Używając woltomierza AC zmierz spadek napięcia na kondensatorze C4; ustaw 

regulator częstotliwości w skrajnym położeniu obracając go przeciwnie do ruchu 
wskazówek zegara, a następnie obracając go zgodnie z ruchem wskazówek zegara 
zanotuj maksymalną wartość napięcia U

oraz wartość częstotliwości przy której ona 

występuje. 

U

C

 = ...........[V]

AC

 

 

f

rC

 = ...........Hz 

 
Czy wartość U

C

 jest równa wartości U

L

 z pkt. 6? 

 

…

 Tak

   

…

 Nie 

 

 

 

8.  Podłącz woltomierz AC między punktami A i B z rys. 1. Pomierz spadek napięcia na 

elementach L3 – C4; obracając regulatorem częstotliwości generatora ze skrajnego 

background image

Opracowali:  
dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel 

5

lewego położenia w prawo, zanotuj minimalną wartość napięcia U

LC

 oraz wartość 

częstotliwości, przy której ona występuje. 

 

U

LC

 = ...........[V]

AC

 

 

f

rLC

 = ...........Hz 

 

 

 

9.  Wykorzystując zależność 

 

we

L

U

U

Q

=

 (5) 

 
oblicz dobroć szeregowego obwodu rezonansowego Q = ................. 

 
 

10. Wykorzystując zależności 

 

fC

X

fL

X

C

L

π

π

2

1

2

=

=

 (6) 

 
 wyznacz 

wartości induktancji X

L

 oraz kapacytancji X

C

 dla częstotliwości 

rezonansowej f

r

 z pkt. 5. 

 

X

L

 = ...........

Ω 

X

C

 = ...........

Ω 

Czy X

L

 równa się X

C

…

 Tak

   

…

 Nie 

 

11. Wykorzystując zależność na szerokość pasma przenoszenia szeregowego obwodu 

rezonansowego 

 

Q

f

f

r

=

 (7) 

 
 wyznaczyć  f

∆  

f

∆  = ............ Hz 

 

 

12. Podłącz woltomierz AC równolegle do R13. Wykorzystując regulator częstotliwości 

znajdź maksymalny spadek napięcia na  R13. 

 

U

R13max

 = ...........[V]

AC 

 

13. Mnożąc U

R13max

 przez 

7071

,

0

2

1 =

 określ napięcie U

R13gr

 dla częstotliwości 

granicznych f

rd

 i f

rg

 (odpowiadających połowie mocy). 

 

U

R13gr

 = U

R13max

 x 0,7071 = ...........[V]

AC

 

 

background image

Opracowali:  
dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel 

6

14. Wolno obracając regulator częstotliwości w lewo ustaw obliczoną wartość 

U

R13gr

=U

R13d. 

 Odczytaj dolną częstotliwość graniczną f

rd

 ( - 3 dB). 

 

f

rd

 = ............ Hz

 

 

15. Wolno obracając regulator częstotliwości w prawo ustaw obliczoną wartość 

U

R13gr

=U

R13g. 

odczytaj górną częstotliwość graniczną f

rg

 . 

 

f

rg

 = ............ Hz

 

 

 

16. Dokonaj pomiaru napięć  U

R13

 na rezystancji R13 dla częstotliwości podanych w  

tabeli 1. 

 

Tabela 1 

f  [kHz] 

0 1 2 3 4 5 6  7  8  9 10 

U

R13

 [V

AC

]   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 

17. Narysuj krzywą rezonansową szeregowego obwodu rezonansowego w skali 

logarytmicznej na papierze milimetrowym. Wyznacz graficznie częstotliwości 
graniczne f

rd 

 i f

rg. 

Wyznacz szerokość pasma przenoszenia. Sprawdź, czy jest ona 

zgodna z wartością wyznaczoną w pkt. 11. 

 

18. Wyciągnij wnioski z dokonanych pomiarów, obliczeń i ich porównania. 

 

B1. Wprowadzenie. 

 
Rozważmy równoległy obwód RLC przedstawiony na rys. 3.  
 

 

 

Rys. 3. Schemat równoległego układu rezonansowego 

 
 
Podobnie jak w przypadku szeregowego obwodu rezonansowego, przy częstotliwości 
rezonansowej f

r

 , składowa rektancyjna jest równa zero i impedancja ma charakter czysto 

rezystancyjny. 
Admitancję równoległego obwodu rezonansowego można opisać zależnością: 
 

background image

Opracowali:  
dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel 

7

 

L

C

jX

R

jX

G

+

+

=

1

1

 (8) 

 

Dla częstotliwości rezonansowej susceptancja indukcyjna 

L

B

L

ω

1

=

 równa się susceptancji 

pojemnościowej 

C

B

C

ω

=

a impedancja ma charakter czysto rezystancyjny, zatem zależność 

na częstotliwość rezonansową ma postać: 
 

 

L

C

R

LC

X

L

f

C

r

2

1

2

1

2

1

=

=

π

π

 (9) 

 
Należy zauważyć, iż częstotliwość rezonansowa jest zależna od wartości rezystancji R14. 
 

C1. Część eksperymentalna. 

 

1.  Umieścić moduł KL-13001 na płycie głównej stanowiska KL-21001 i zlokalizuj 

schemat „j”.  

2.  Połącz obwód zgodnie z rys. 4, usuwając zworę zaznaczoną na rysunku.  
 

 

 

Rys. 4. Schemat równoległego układu rezonansowego na module laboratoryjnym 

(L4= 10 [mH], C5=100 [nF], R14=10 [

Ω], R15=330 [Ω]) 

 

 

 

 
3.  Oblicz częstotliwość rezonansową wykorzystując wartości elementów z rys. 4. 

 

f

r

 = ...........Hz 

 

4.  Usuń zworę. Ustaw zakres generatora funkcyjnego w pozycji 10 kHz i wybierz 

funkcję sinus selektora funkcyjnego. Ustaw napięcie wyjściowe generatora na wartość 
5 V, wskazywaną przez woltomierz cyfrowy AC (przy częstotliwości generatora 
równej 5 kHz). 

background image

Opracowali:  
dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel 

8

Podłącz cyfrowy woltomierz AC równolegle do R15. Wykorzystując regulator 
częstotliwości generatora ustaw minimalne napięcie na R15. 
Pomierz częstotliwość wyjściową generatora i zanotuj ją jako częstotliwość 
rezonansową obwodu równoległego f

r

 

f

r

 = ...........Hz

 

 

Czy jest zgodność pomiędzy obliczoną i pomierzoną wartością f

r

 

…

 Tak

 

 

…

 Nie

 

 

5.  Pomierz i zanotuj spadki napięć na rezystorach R14 i R15. 

 

U

R14

 = ...........[V]

AC 

 

U

R15

 = ...........[V]

AC 

Które napięcie jest większe? 
 

6.  Podłącz zworę z. Pomierz i zanotuj spadek napięcia na rezystorze R15. 

 

U

R15

 = ...........[V]

AC

 

 
Porównaj wartość U

R15

 z wartością U

R15

 z pkt. 5 i zanotuj swoje spostrzeżenia. 

 
 

 

7.  Następnie usuń zworę  z. Dokonaj pomiaru napięć  U

R15

 na rezystorze R15 dla 

częstotliwości podanych w tabeli 2. 

 
 

Tabela 2 

f  [kHz] 

0 1 2 3 4 5 6  7  8  9 10 

U

R15

 [V

AC

]   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 

8.  Narysuj krzywą rezonansową równoległego obwodu rezonansowego w skali 

logarytmicznej na papierze milimetrowym. Wyznacz graficznie częstotliwości 
graniczne f

rd 

 i f

rg.

 

 

9.  Wyciągnij wnioski z dokonanych pomiarów, obliczeń i ich porównania. 

 

10. Podaj podstawowe zbieżności i różnice między szeregowym i równoległym obwodem 

rezonansowym. 

 
 

D. Wyposażenie. 
 

Elementy układu: 
Stanowisko laboratoryjne KL-21001  .................................................................... szt. 1 
Moduł laboratoryjny KL-13001 ............................................................................. szt. 1 
 
Sprzęt pomiarowy: 

background image

Opracowali:  
dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel 

9

Cyfrowy miernik uniwersalny ................................................................................ szt. 2 
 

E. Literatura. 

 

1.  Marcyniuk Andrzej: ,,Podstawy miernictwa”. Wydaw. Politechn. Śląskiej, 2002 
2.  Tietze, Schenk: ,,Układy półprzewodnikowe”. Wydaw. Nauk. –Techn., 1996 

 
 

F. Zagadnienia do opracowania

 

 

1.  Szeregowy obwód rezonansowy RLC: 

•  schemat, 
•  impedancja, 

•  częstotliwość rezonansowa. 

 
2.  Równoległy obwód rezonansowy RLC: 

•  schemat, 
•  admitancja, 

•  częstotliwość rezonansowa.