DENEY 10: SERİ RLC DEVRESİNİN ANALİZİ VE REZONANS

Transkript

1 A. DENEYİN AMACI : Seri RLC devresinin AC analizini yapmak ve bu devrede rezonans durumunu incelemek. B. KULLANILACAK ARAÇ VE MALZEMELER : 1. AC güç kaynağı, 2. Sinyal üreteci, 3. Değişik değerlerde dirençler ve kondansatörler, 4. Bobin kutusu. C. DENEY BASAMAKLARI: 1. Aşağıda verilen seri RLC devresini göz önüne alınız. a) (ÖLÇÜM) Direnç ve kondansatörün gerçek değerlerini ölçerek aşağıya kaydediniz. R=.. C=.. F b) (HESAP) Devrenin eşdeğer empedans devresini çiziniz. Eşdeğer empedansa ait ifadeyi - bilmediğimiz L ve r iç değerlerine bağlı olarak- elde ediniz. 1

2 Devreyi rezonansa getirecek L değerini hesaplayınız. L=.. H Hesapladığınız L değerinde devrenin özelliği nedir? Neden? c) (ÖLÇÜM) Hesapladığınız L değerini bobin kutusundan ayarlayarak iç direncini ölçünüz. r iç=.. ç) (HESAP) Hesapladığınız L değerinin altındaki indüktans değerleri için devrenin özelliği nedir? Nedenini ispat ediniz? Hesapladığınız L değerinin üstündeki indüktans değerleri için devrenin özelliği nedir? Nedenini ispat ediniz? 2

3 d) (HESAP) Dokuz farklı L değeri için, toplam akım ( i ) ve toplam faz farkı ( (e-i) ) değerlerini hesaplayarak I m-l ve (e-i)-l grafiklerini çiziniz. Bunun için devrenin toplam akım ve toplam faz açısı ifadelerini L ve r iç e bağlı olarak elde ediniz. (L değerlerinden dört tanesi devreyi indüktif yapacak değerlerde, dört tanesi kapasitif yapacak değerlerde ve ortadaki değer ise yukarıda hesaplanan ve devreyi rezonansa getiren L değeri olarak seçilmelidir), (Her bir L değeri için iç direnç değişeceğinden, bobin kutusundan iç dirençleri ölçerek hesaba dahil ediniz). L I m (e-i) 3

4 I m ( ) L ( ) ( ) L ( ) e) (ÖLÇÜM) Yukarıdaki dokuz farklı L değeri için devreden akan toplam akımı ve toplam faz farkını osiloskop ile ölçünüz ve aşağıdaki tabloyu doldurunuz. Ölçüm sonuçları ile hesap sonuçlarını doğrulayınız. L I m (e-i) f) (HESAP) b şıkkında hesapladığınız L değeri için devrenin köşe frekansları, band genişliği ve kalite faktörünü hesaplayınız. 4

5 g) (HESAP) Bilinen e, R, L, r iç ve C değerleri için dokuz farklı frekans değeri için, toplam akım ( i ) değerlerini hesaplayarak I m-l grafiklerini çiziniz. Bunun için devrenin toplam akımını frekansa bağlı olarak elde ediniz. (frekans değerlerinden dört tanesi devreyi indüktif yapacak değerlerde, dört tanesi kapasitif yapacak değerlerde ve ortadaki değer ise yukarıda hesaplanan rezonans frekansı olarak seçilmelidir.) Grafik üzerinde band genişliğini gösteriniz. L I m 5

6 I m ( ) L ( ) h) (ÖLÇÜM) Yukarıdaki dokuz farklı frekans değeri için devreden akan toplam akımı ölçünüz ve aşağıdaki tabloyu doldurunuz. Ölçüm sonuçları ile hesap sonuçlarını doğrulayınız. L I m 2. Yukarıdaki e, R ve C değerlerini değiştirmeden aynı devreyi yeniden göz önüne alınız. a) (HESAP) Devreyi 45 o indüktif yapan L değerini hesaplayınız (hesaplama yapabilmek için bobinin küçük olan iç direncini sıfır alarak ihmal ediniz). 6

7 i, v L, v C ve v R değerlerini hesaplayınız. b) (ÖLÇÜM) e-i, v L-i, v C-i, v R-i, (e-i), (v L-i), (v C-i) ve (v R-i) grafiklerini elde ediniz ve aşağıya çiziniz (faz farkı için X-Y konumunu tercih ediniz). CH1: e CH2: i 7

8 CH1: v L CH2: i CH1: v C CH2: i CH1: v R CH2: i CH1: e CH2: i Faz farkı=.. 8

9 CH1: v L CH2: i Faz farkı=.. CH1: v C CH2: i Faz farkı=.. CH1: v R CH2: i Faz farkı=.. c) (ÖLÇÜM) Sinyal üretecinde frekansı değiştirerek e-i arasındaki faz farkını (X-Y konumunda) gözleyiniz. -60 o ile +60 o arasındaki faz farkı değişimini çizecek şekilde onbir farklı frekans değeri seçerek (ortadaki altıncı değer rezonans frekansı olmalı), faz farkıfrekans grafiğini aşağıya çiziniz (iyi bir karakteristik elde etmek için rezonans ve kesim frekansları civarında daha çok nokta seçilmelidir). f (e-i) 9

10 ( ) f ( ) - Simülasyon Adımı: a) 2. adımdaki eleman değerleri için devreyi PSPICE ortamında kurunuz ve simule ediniz. e- i, e-v C, e-v L ve e-v R grafiklerini aşağıya çiziniz. 10

11 e-i, e-v C, e-v L ve e-v R çiftleri için Lissajous eğrilerini elde ederek aşağıya çiziniz. 11

12 b) 2. adımdaki e, R, L ve C değerlerini kullanarak i-f ve (e-i)-f grafiklerini ac sweep analizi kullanarak çiziniz. 12

13 I m ( ) f ( ) ( ) f ( ) I m-f karakteristiğinden RLC devresinin band genişliğini ve kalite faktörünü hesaplayınız. c) 1. adımdaki e, R ve C değerlerini kullanarak i-l, (e-i)-l grafiklerini parametrik analiz kullanarak çiziniz. I m ( ) L ( ) 13

14 ( ) L ( ) D. ÖDEV: 1. Elektronik devrelerde rezonansın önemi nedir? Kullanım alanı var mıdır? Araştırınız. 2. PSPICE ta ac sweep analizi (ac sweep analysis) ni araştırarak kullanımı hakkında detaylı bilgi edininiz. 3. PSPICE ta parametrik analiz (parametric analysis) i araştırarak kullanımı hakkında detaylı bilgi edininiz. 4. Kalite faktörü 10 olan ve 5kHz rezonans frekanslı bir seri rezonans devresi tasarlayınız (R yi 100 seçebilirsiniz), devreyi PSPICE ile analiz ediniz. 14