Politechnika Rzeszowska
Laboratorium Podstaw Elektrotechniki dla
Nieelektryków
Rok akad.
Wydział Matematyki i Fizyki Stosowanej
Temat ćwiczenia: Stany nieustalone i obwody prądu
odkształconego
2023/2024
Rok studiów: I
Semestr: II
Numer ćwiczenia: 5
Zespół wykonujący: D
Martyna Pasek
Hubert Perkowski
Jakub Stachowicz
Data wykonania pomiarów:
12.03.2024
Zaliczenie:
Data oddania sprawozdania:
19.03.2024
Spis treści
1.
Opis teoretyczny .............................................................................................................................. 2
2.
Treść zadania ................................................................................................................................... 4
3.
Wykorzystane wzory ....................................................................................................................... 4
4.
Wykresy otrzymanych zależności .................................................................................................... 5
5.
Wnioski ............................................................................................................................................ 8
1. Opis teoretyczny
Prostownik to urządzenie, które zmienia energię prądu przemiennego w energię prądu stałego.
Najprostszym przykładem prostownika jest prostownik jednopołówkowy. Stosuje się go w układach o
małej mocy. Po zasileniu obwodu z prostownikiem napięciem sinusoidalnym otrzymamy prąd
okresowo niesinusoidalny, tętniący, wyprostowany pół falowo.
Prostownik jednopołówkowy realizowany jest poprzez wykorzystanie diody, która pozwala na
przepływ prądu tylko w jednym kierunku.
Schemat prostownika jednopołówkowego prezentuje się następująco:
Wykres obrazujący, jak prostownik jednopołówkowy zmienia prąd:
Stan nieustalony to nagła zmiana warunków pracy układu. Mogą być one spowodowane m.in.
przez wystąpienie zwarcia, wyładowania atmosferyczne lub podłączenie układu do zasilania. Innymi
słowami, występują one między kolejnymi stanami ustalonymi obwodu i są normalnym działaniem
obwodu, np. w prostownikach z filtrami wygładzającymi napięcie.
Sygnał sinusoidalny (cosinusoidalny) jest podstawowym sygnałem okresowym. Większość
drgań występujących w przyrodzie, takich jak fala światła lub fale pojawiające się na wodzie, ma
charakter sinusoidalny. Dobierając i sumując sygnały sinusoidalne o różnych częstotliwościach i
amplitudach możliwe jest uzyskanie przeważającej części pozostałych sygnałów okresowych oraz
prawieokresowych.
Układy RLC składają się z elementów, takich jak:
 rezystora, oznaczanego przez R (rezystancja),
 cewki, oznaczanej przez L (indukcyjność – zdolność układu do wytworzenia pola
magnetycznego),
 kondensatorów, oznaczanych przez C (pojemność – zdolność układu do gromadzenia
ładunku elektrycznego).
2. Treść zadania
Zaprojektuj i przeprowadź pomiary sprawności i współczynnika tętnień dla dwóch odbiorników
rezystancyjnych zasilanych napięciem odkształconym (prostownik jednopołówkowy). Zbadaj wpływ
kondensatora wygładzającego na sprawność układu. Zaproponuj procedurę określenia zawartości
składowych harmonicznych z wykorzystaniem oscyloskopu (FFT). Porównaj zawartość składowych
harmonicznych po stronie zasilania i odbiornika (wpływ kondensatora wygładzającego) – skomentuj
wyniki. Do sprawozdania dołącz zrzuty ekranowe z obserwacji widma FFT.
Schemat układu:
Do wykonania pomiarów potrzebujemy:








amperomierza
dwóch woltomierzy
oscyloskopu
diody
żarówki
rezystora
trzech kondensatorów
źródła prądu stałego
3. Wykorzystane wzory
𝜂=
𝑃𝑜𝑑𝑑
𝑃𝑝𝑜𝑏
𝑃 =𝑈∗𝐼
𝜂=
𝑈𝑜𝑑𝑏
𝑈𝑤𝑒
𝑘𝑡 =
𝑈𝐴𝐶
𝑈𝐷𝐶
Pojemność
Napięcie
Prąd
kondensatora wejściowe wejściowy
[uF]
[V]
[mA]
560
10,91
50,652
47
10,84
46,755
220
10,78
53,631
560
21,07
55,955
47
21,51
59,361
220
21,05
57,147
rezystor
Napięcie
prądu
Napięcie
zmiennego wyjściowe
[mV]
[V]
0,19
10,91
0,18
10,84
0,18
10,78
0,24
21,07
0,13
21,51
0,3
21,05
sprawność
0,9999826
0,9999834
0,9999833
0,9999886
0,999994
0,9999857
Prąd
wejściowy
[mA]
86,6
42,658
50,731
53,058
51,233
53,327
żarówka
Napięcie
prądu
Napięcie
zmiennego wyjściowe
[mV]
[V]
0,34
10,91
0,3
10,84
0,14
10,78
0,12
21,07
0,12
21,51
0,22
21,05
sprawność
0,999968836
0,999972325
0,999987013
0,999994305
0,999994421
0,999989549
4. Wykresy otrzymanych zależności
Oscyloskop posiada funkcję FFT pozwalającą na szybką analizę przebiegu odkształconego i zbadania
jego składowych harmonicznych. W tym celu po uzyskaniu widoku przebiegu na ekranie oscyloskopu
należy wcisnąć przycisk MATH, a następnie w pierwszej opcji menu wybrać FFT.
Obrazy z oscyloskopu:
1) Kondensator o pojemności 560uF, napięcie wejściowe 12V
2) Kondensator o pojemności 47uF, napięcie wejściowe 12V
3) Kondensator o pojemności 220uF, napięcie wejściowe 12V
4) Kondensator o pojemności 560uF, napięcie wejściowe 24V
5) Kondensator o pojemności 47uF, napięcie wejściowe 24V
6) Kondensator o pojemności 220uF, napięcie wejściowe 24V
5. Wnioski
Ze względu na niepoprawne ustawienie woltomierza (pomyłka przy prądzie zmiennym i stałym)
obliczenia oraz obrazy z oscyloskopu są niewiarygodne. Pociągnęło to za sobą błędne wyniki
sprawności, która w naszym przypadku była równa współczynnikowi tętnień, co nie powinno mieć
miejsca. Mimo to udało nam się zaobserwować wpływ kondensatora na sprawność układu oraz
zaobserwować zmiany w widmie FFT w zależności od napięcia wejściowego oraz pojemności
kondensatora.