17 tvn by kieras.doc

I.               Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się ze zjawiskami falowymi występującymi w liniach długich. Ponadto celem ćwiczenia jest zapoznanie się z programem i sposobem symulowania zjawiska falowego i sposobami jego obliczania.

II.          Wykonanie ćwiczenia:

1.     Warunki atmosferyczne.

§         Temperatura otoczenia t = 22,5 oC,

§         Ciśnienie atmosferyczne b = 999 hPa,

§         Wilgotność względna powietrza φ = 10 %

2. Wyznaczenie impedancji falowej.

Parametry linii modelowej:

- impedancja falowa                                          Z0 = 500 W

- prędkość fazowa                                          v = 300m/ μs

- długość                                                        l = 0,345 km

- indukcyjność jednostkowa                            L0 = 1,667 mH/km

- pojemność jednostkowa                            C0 = 6,667 nF/km

- czas przejścia fali przez linię              t0 = 1,15 s

Podczas wykonywania tego pomiaru podawaliśmy na wejście napięcie prostokątnenatomiast wyjście pozostawiliśmy rozwarte. Przebiegi obserwowaliśmy na wejściu linii jednocześnie regulując wartość rezystancji potencjometrem. Po wykonaniu tych czynności schemat układu pomiarowego wyglądał tak jak poniżej. Wartość na generatorze napięcia wyjściowego wynosiła ok. 0,5V i częstotliwość 50 Hz. Kolejnym etapem było tak wyregulowanie rezystancji R1 aby na na wykresie nie występowały „ząbki”. Gdy tak się to stanie to fala będzie miała kształt prostokątny i wystąpi dopasowanie falowe na wejściu linii.

Ø      Schemat układu pomiarowego:

Rys. schemat układu pomiarowego do wyznaczenia impedancji falowej.

Pomiar rezystancji linii nie dokonywaliśmy miernikiem lecz założyliśmy ze impedancji falowa całej linie wynosi 500Ω. Zc=450Ω + 50Ω=500Ω, przy czym 450Ω jest to założona wartość rezystancji linii i 50Ω jest to wartość rezystancji wejściowej generatora. Kolejnym etapem jest wyznaczenie rezystancji wyjściowej linii. Dokonujemy ją przez zwarcie gniazda 7 i 10 i regulujemy potencjometrem P2 do momentu aż przebiegi na wejściu i wyjściu będą prostokątnego takiej samej amplitudzie, pamiętając o niezmiennej wartości rezystancji potencjometru P1. w ten sposób uzyskujemy dopasowanie falowe na wejściu i wyjściu linii co można interpretować, że nie zachodzą odbicia fal. Wartość rezystancji na końcu linii powinna wynosić tyle samo co na wejściu czyli 500Ω.

3. Pomiar czasu przejścia fali przez linię.

Podczas realizowania tego punktu korzystaliśmy z układu z poprzedniego punktu. Na oscyloskopie dokonujemy odczytu czasu t0. czas ten oznacza nam w jakim czasie fala przebiega linie.

W naszym przypadku czas ten wynosił:

t0=1,04μs.

Podczas pomiaru w tym punkcie wykonaliśmy następujący zrzut:

t1

t0

u2

u1

u’1

Rys. Otrzymana charakterystyka dla pomiaru czasu przejścia fali przez linie.

Na zrzucie są zaznaczone następujące wielkości:

u1 – amplituda fali padającej

u’1 – amplituda fali odbitej

u2 – amplituda fali przepuszczonej

t0 – czas w którym fala przebiega linię

t1 - czas po którym napięcie wzrasta od U do wartości 2U

Czas przejścia t0 wynosi 1,04μs. Uwzględniając: μs

Fala przebiega od końca linii w czasie t0 po czym się odbija od jej końca i z takim samym znakiem po czasie t0 od chwili odbicia (czyli 2t0 = t1 od momentu trafienia na linie) powraca na początek linii. Tutaj sumuje się z falą pierwotną dając napięcie o wartości 2U.

Współczynnik przepuszczenia i odbicia fali na końcu linii wynoszą:

,               ogólnie             

4. przejście fali prostokątnej przez punkt łączący dwie linie o różnych impedancjach falowych.

Podczas badania tego punktu pomiarowego korzystaliśmy z następującego schematu:

Rys. schemat pomiarowy do badania przejścia fali prostokątnej przez punkt łączący dwie linie o różnych impedancjach falowych.

Realizując pomiary w tym punkcie wykorzystano równoważność impedancji falowej z opornością skupioną R=Zc. Dlatego do końca linii modelowej zamiast linii o impedancji falowej Z2 dołącza się rezystor R2=Z2. przy wartości Z1=50+450=500Ω, przy której zapewnione mamy dopasowanie rezystancji wejścia linii do generatora, musieliśmy obserwować przebiegi napięcia na wejściu i wyjściu dla różnych nastaw wartości Z2. wyniki pomiarów przedstawiłem w tabeli pomiarowej.

Tabela pomiarowa nr1.