1.     Część teoretyczna

Oscyloskop - przyrząd elektroniczny służącym do obserwowania, obrazowania i badania przebiegów zależności pomiędzy dwoma wielkościami elektrycznymi, bądź innymi wielkościami fizycznymi reprezentowanymi w postaci elektrycznej. Oscyloskop stosuje się najczęściej do badania przebiegów szybkozmiennych, niemożliwych do bezpośredniej obserwacji przez człowieka.

Rozróżnia się 3 rodzaje oscyloskopów:

v                   z odchylaniem ciągłym lub okresowym,

v                   uniwersalne z odchylaniem ciągłym i wyzwalanym,

v                   szybkie (bardzo dużej częstotliwości)

W zależności od technologii analizy sygnału wyróżnić można oscyloskopy:

v                   analogowe z lampą oscyloskopową na której obraz generowany jest w wyniku oddziaływania obserwowanych przebiegów na układ odchylania wiązki elektronowej

v                   cyfrowe z monitorem wyświetlającym obraz wygenerowany przez układ mikroprocesorowy na podstawie analizy zdigitalizowanych sygnałów wejściowych.

Histerezą nazywamy zjawisko zależności stanu układu, od jego stanu w przeszłości. Inaczej mówiąc jest to opóźnienie w reakcji na czynnik zewnętrzny. Na wykresie dwóch zależnych od siebie wielkości, zjawisko histerezy ukazuje się najczęściej jako pętla.

Materiały ferromagnetyczne dzielimy na twarde (idealne na magnesy trwałe) oraz miękkie – bardzo łatwe do przemagnesowywania – robi się z nich transformatory. Ferromagnetyki twarde mają dużą pętle histerezy, natomiast ferromagnetyki miękkie mają małą pętle histerezy.

Z pętli histerezy można odczytać, czy ferromagnetyk nie wchodzi w niekorzystny stan nasycenia, ile razy wzrośnie indukcja przy danym wymuszeniu, oraz można odróżnić ferromagnetyk twardy od miękkiego. Możemy również wyznaczyć straty histerezowe korzystając z wzoru: , gdzie kH jest szerokością pętli (zależy więc od materiału) B­M jest maksymalną indukcją, a f - częstotliwością

2.     Obwody do badań

2.1.  Rejestracja pętli histerezy materiału ferromagnetycznego

Na rysunku pierwszym został przedstawiony układ służący do rejestracji pętli histerezy materiału ferromagnetycznego. Rdzeń który jest przeznaczony do badania znajduje się w miejscu oznaczonym jako (A). Rezystor 1,6Ω/8A służy do zmiany wartości prądu podawanego do oscyloskopu. Jednak sygnał będzie proporcjonalny do prądu. Poza tym jest tu zastosowany przekładnik 1/20. Kondensator 1μF/100V służy do odfiltrowania zakłóceń. Separator napięcia SSA4 służy do odizolowania wysokiego napięcia, aby nie spalić oscyloskopu. Oscyloskop podłączamy do styków M – masa, X – odchylanie w poziomie, Y – odchylanie w pionie.

2.2.  Stany nieustalone w obwodach prądu stałego – obwód RC

Rysunek 2. przedstawia schemat który został użyty do pomiaru stanu nieustalonego w obwodzie RC.

W chwili t0 zamykamy obwód i rozpoczynamy rejestrację. Teoretycznie:

Wiemy, że w chwili t = 0 Uc = 0. Z poprzedniego wzoru wyznaczymy wzór na Uc:

Podstawiając za , co nazywamy stałą czasową (szybkość z jaką jest ładowany kondensator) otrzymujemy końcowe wzory:

2.3.  Stany nieustalone w obwodach prądu stałego – obwód RL

Rysunek 3. przedstawia schemat który został użyty do pomiaru stanu nieustalonego w obwodzie RL.

W chwili t0 zamykamy obwód i rozpoczynamy rejestrację. Teoretycznie:

Podstawiając za otrzymujemy:

2.4.  Stany nieustalone w obwodach prądu stałego – obwód RLC

Rysunek 4. przedstawia schemat który został użyty do pomiaru stanu nieustalonego w obwodzie RLC.

W chwili t0 zamykamy obwód i rozpoczynamy rejestrację. Teoretycznie:

Zakładając iż rozwiązaniem jest: , podstawiam i otrzymuję:

dzielę obustronnie przez i otrzymuję:

. Otrzymałem równanie kwadratowe, w którym:

podstawiając za:

i (nazywane współczynnikami tłumienia)  Uproszczają nam się obliczenia. Teraz zależnie od znaku Δ mamy trzy możliwe odpowiedzi układu:

a)       Odpowiedź aperiodyczna bez przeregulowania

Δ>0

Gdzie e1 i e2 są stałymi całkowania wyznaczanymi z wartości brzegowych

b)       Odpowiedź aperiodyczna z przeregulowaniem

Δ = 0

c)       Odpowiedź oscylacyjna

Δ<0

- jest to tzw. Pulsacja obwodu

3.     Wyniki pomiarów

3.1.  Rejestracja pętli histerezy

a)       Przy pierwszym pomiarze otrzymaliśmy pętlę przedstawioną na rysunku 5. Jest to mała pętla histerezy symetryczna względem punktu (0,0)

b)       W tym przypadku widzimy już kolano krzywej magnetycznej. Pętla stała się też szersza

c)       Materiał wszedł w stan nasycenia. Pętla histerezy już się nie zmienia. Jedynie rozszerzają się „wąsy” tej pętli, czyli krzywe położone na prawo i lewo od pętli histerezy

3.2.  Stany nieustalone w obwodach prądu stałego – obwód RC

3.3.  Stany nieustalone w obwodach prądu stałego – obwód RL

3.4.  Stany nieustalone w obwodach prądu stałego – obwód RLC

Wykresy otrzymane przy pomocy oscyloskopu zostały przedstawione w załączniku do sprawozdania.

4.     Wnioski

Teoretyczne postawy zostały potwierdzone badaniami. Tak jak się spodziewaliśmy niektóre wykresy były rosnące, a niektóre malejące. W praktyce wszystko zgodziło się ze wzorami.

Poza tym mogę po tych laboratoriach stwierdzić, iż oscyloskop jest bardzo pożytecznym i przydatnym narzędziem pomiarowym o szerokim zastosowaniu. Jest stosowany nie tylko do pomiarów wartość związanych bezpośrednio z prądem, lecz może być też użyty m.in. do pomiaru pętli histerezy. Dzięki jego wielu zastosowaniom i możliwością stał się on niezbędnym narzędziem wykorzystywanym przez wiele laboratoriów.