Měření střídavého proudu

Úkol: Změřte časové průběhy usměrněného napětí.

Vybavení: zdroj střídavého napětí, jednocestný a dvoucestný usměrňovač, senzor napětí a proudu (Vernier nebo Pasco), žárovka, kondenzátor v řádu milifaradů.

Chceme-li experimentálně studovat obvody se střídavým proudem, potřebujeme k tomu měřicí přístroj, který zaznamenává napětí a proud s dostatečnou frekvencí. Pro frekvenci 50 Hz, se kterou zde budeme pracovat, je nutná vzorkovací frekvence alespoň 1 000 Hz. Můžeme použít buď osciloskop, nebo senzor, který lze připojit k počítači.

Vašim úkolem bude proměřit a porovnat časové průběhy střídavého napětí a průběhy napětí usměrněných.

Postup měření:

Změřte časový průběh napětí střídavého zdroje. Použijte režim „osciloskop“, který umožňuje překreslovat data v reálném čase. Určete všechny důležité parametry střídavého napětí. Vypočítejte také efektivní napětí zdroje.
Změřte napětí zdroje také pomocí multimetru (je nutné přepnout do režimu AC). Získaná data porovnejte s hodnotami z předchozího úkolu.
Ke zdroji připojte jednocestný usměrňovač a na jeho výstup žárovku. Změřte průběh napětí na žárovce.
Totéž proveďte pro dvoucestný usměrňovač.
Připojte na výstup usměrňovače kondenzátor. Pozor! U kondenzátoru záleží na polaritě a při přepólování hrozí jeho zničení. Kladný pól kondenzátoru je nutné připojit ke kladnému výstupu z usměrňovače a záporný pól k zápornému výstupu. Změřte opět průběh napětí na výstupu. To proveďte jak pro jednocestný, tak pro dvoucestný usměrňovač.
Zpracujte naměřená data tak, aby bylo možné přehledně porovnat průběh napětí ve všech zapojeních.

Otázky:

Jaká je nejdůležitější vlastnost usměrňovací diody?
Jak svítí žárovka při jednocestném a jak při dvoucestném usměrnění? Zdůvodněte rozdíl.
Jak se změní svit žárovky při připojení kondenzátoru? Zdůvodněte.
Jak bude vypadat vyhlazení napětí při použití kondenzátoru o větší kapacitě? Pokud máte k dispozici takový kondenzátor, změřte, jestli byl váš odhad správný.
Proč dochází k poklesu amplitud napětí při použití usměrňovače?

Poznámky pro učitele

V této laboratorní práci jsme zvolili měření napětí, protože to není ovlivněno spotřebičem. Je možné měřit i proud, ale u napětí vycházejí pěknější výsledky.

Usměrňovače můžete mít pro žáky nachystané nebo si je žáci mohou sami sestavovat z jednotlivých diod (například pomocí nepájivého pole).

Grafy ze vzorových měření: