DENEY 4. Rezonans Devreleri

Transkript

1 ULUDAĞ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ELN2104 Elektrik Devreleri Laboratuarı II Bahar DENEY 4 Rezonans Devreleri Deneyi Yapanın Değerlendirme Adı Soyadı : Ön Hazırlık ve Deney Bilgisi (20 / 100) : / 100 Deney Düzeneği Kurulumu (15 / 100) : / 100 Numarası : Ölçü Aletlerinin Kullanımı (20 / 100) : / 100 Deney Sonuçları (30 / 100) : / 100 Zamanında Tamamlama (15 / 100) : / 100 Deney Grubu : DENEY NOTU (100 / 100) : / 100 Sonuçların Yorumlanması (90 / 100) : / 100 Deney Tarihi : Rapor Düzeni (10 / 100) : / 100 İmza : Değerlendiren : RAPOR NOTU (100 / 100) : / 100

2 KISIM I Deneyin Yapılışı : Deney 4 : Rezonans Devreleri L C A A B Sinyal Jen. V S 50 R Osiloskop Şekil L = 33 mh, C = 10 nf ve R = 1 k değerleri ile Şekil 1'deki devreyi kurunuz. Devrenin girişine tepe değeri V S<0-tepe> = 5 V olan sinüzoidal işaret uygulayınız. 2. Osiloskobu, A kanalı işaret kaynağı, B kanalı direnç üzerindeki işaretleri gözleyecek şekilde Şekil 1 deki gibi bağlayınız. Dual mod ayarını seçerek işaretleri aynı anda osiloskop ekranında gözlemleyiniz. 3. Giriş işaretinin frekansını 0-16 khz aralığında düzgün dağılımlı olacak şekilde 10 farklı tamsayı yada buçuklu değere (min. 0,5 khz ve katları olarak) ayarlayarak, her bir adımdaki; R direnci üzerindeki işaretin genlik tepe değerlerini ( V R ), A ampermetresinden okunan değerleri ( I ), <AC kademesinde 20 ma skalasını kullanınız> V S ve V R arasındaki faz farkının pozitif ya da negatif (sadece +/- işareti koymak yeterlidir) olduğunu, aşağıdaki tabloya (Tablo 1.)kaydediniz. V R ARALIKLAR Ölçüm 1 Ölçüm 2 Ölçüm 3 Ölçüm 4 Ölçüm 5 Ölçüm 6 Ölçüm 7 Ölçüm 8 Ölçüm 9 Ölçüm 10 EŞİT OLMALI V R (V) I (ma) Faz farkı (+/-) Tablo nolu maddede elde ettiğiniz sonuçlardan yola çıkarak (V S V R genlik oranlarının değişimi, devreden akan akım değerinin değişimi ve faz değişimlerini yorumlayarak) rezonans frekansını tespit ediniz. Bu esnada gözlenen V S ve V R işaretlerini ölçekli olarak ÇİZİM 1 e kaydediniz. Rezonans Frekansı = f 0 = Hz Rezonans frekansında R üzerindeki işaretin genliği = V R =. V Rezonans frekansında devreden geçen akım = I =.. ma Rezonans frekansında V S ve V R arasındaki faz farkı =

3 5. Giriş işaretinin frekansını değiştirerek, V R işaretinin genliğinin [V R x 1/ 2] değerini aldığı frekansları (f 1 ve f 2 ) tespit ediniz. (f 1 < f 0 < f 2 şeklinde çıkacaktır.) Bu anda osiloskop ekranındaki işaretleri ÇİZİM 2 ve 3 e ölçekli olarak çiziniz. [V R x 1/ 2] =. V, f 1 =. Hz, f 2 =. Hz sadece tek bir periyot için çizim yapmanız yeterlidir! ÇİZİM 1 ÇİZİM 2 ÇİZİM 3 L R A A B Sinyal Jen. V S 50 C Osiloskop V C Şekil Devreyi Şekil 2 deki gibi değiştiriniz. Giriş işaretinin frekansını 4 nolu maddede bulduğunuz rezonans frekansına ayarlayınız. Kondansatör üzerinden alınan işaretin genliğini kaydediniz. Gözlemlediğiniz işareti giriş işareti ile birlikte ÇİZİM 4 üzerine ölçekli olarak kaydediniz. sadece tek bir periyot için çizim yapmanız yeterlidir! V C = V 0-tepe ÇİZİM 4 2

4 Sonuçlar ve Yorumlar : 1. Kısım I.3 te elde ettiğiniz V R değerlerini ÇİZİM 5 teki grafik üzerine işaretleyerek rezonans eğrisini elde ediniz. Çizim üzerinde Kısım I.4 te bulduğunuz rezonans frekansı ile Kısım I.5 teki f 1 ve f 2 frekanslarını da gösteriniz. 6 Rezonans Eğrisi 5 4 Genlik (V) Frekans (khz) ÇİZİM 5 2. Rezonans frekansını hesaplamakta kullanılan ifade 1 0 L. C olduğuna göre, kullandığınız eleman değerleriyle teorik rezonans frekansını elde ediniz. Deneyde bulduğunuz değerle bu değeri karşılaştırınız. Farklılığın nedeni ne olabilir? 3. Kısım I.5 te bulduğunuz; V R genliğinin rezonans frekansındaki değerinin (1/ 2) sine düştüğü frekanslar olan f 1 ve f 2 devre açısından ne ifade etmektedir? Açıklayınız. 3

5 4. ÇİZİM 5 te oluşturduğunuz eğri üzerinden devrenin band genişliğini elde ediniz. (Nasıl bulunacağını belirterek gösteriniz.) 5. Kısım I.6 da elde ettiğiniz V C değeri, kaynak değeri olan V S den büyük çıkacaktır. V C / V S oranı da bize devrenin kalite faktörü (Q (1) ) nü verecektir. Bu değeri hesaplayınız. Kalite faktörü devrenin hangi özelliğini bize yansıtmaktadır? Kalite faktörünün bir teorik formülü : (2) Q.L 0 R dir. Kullandığınız eleman değerleriyle Q (2) (3) değerini bulunuz. Diğer bir teorik formül ise : f / BW. dir. Bulduğunuz BW i Q 0 kullanarak Q (3) değerini elde ediniz. Aynı devre için bulduğunuz üç Q değerini karşılaştırınız. 4

6 KISIM II Deneyin Yapılışı : 1. L = 33 mh, C = 1 nf ve R = 1 k değerleri ile Şekil 1'deki devreyi tekrar kurunuz. 2. Devrenin girişine tepe değeri V S<0-tepe> = 5 V olan sinüzoidal işaret uygulayınız. Osiloskobu, bir önceki kısımda olduğu gibi; A kanalı işaret kaynağını, B kanalı direnç üzerindeki işaretleri gözleyecek şekilde bağlayınız. Dual mod ayarını seçerek deney süresince işaretleri aynı anda osiloskop ekranında gözlemleyiniz. 3. Giriş işaretinin frekansını 0-45 khz aralığında düzgün dağılımlı olacak şekilde 10 farklı tamsayı yada buçuklu değere (min. 1,5 khz ve katları olarak) ayarlayarak, her bir adımdaki; R direnci üzerindeki işaretin genlik tepe değerlerini ( V R ), A ampermetresinden okunan değerleri ( I ), <AC kademesinde 20 ma skalasını kullanınız> V S ve V R arasındaki faz farkının pozitif ya da negatif (sadece +/- işareti koymak yeterlidir) olduğunu, aşağıdaki tabloya (Tablo 2.) kaydediniz. ARALIKLAR Ölçüm 1 Ölçüm 2 Ölçüm 3 Ölçüm 4 Ölçüm 5 Ölçüm 6 Ölçüm 7 Ölçüm 8 Ölçüm 9 Ölçüm 10 EŞİT OLMALI V R (V) I (ma) Faz farkı (+/-) Tablo nolu maddede elde ettiğiniz sonuçlardan yola çıkarak (V S V R genlik oranlarının değişimi, devreden akan akım değerinin değişimi ve faz değişimlerini yorumlayarak) rezonans frekansını tespit ediniz. Bu esnada gözlenen V S ve V R işaretlerini ölçekli olarak ÇİZİM 6 ya kaydediniz. Rezonans Frekansı = f 0 = Hz Rezonans frekansında R üzerindeki işaretin genliği = V R =. V Rezonans frekansında devreden geçen akım = I =.. ma Rezonans frekansında V S ve V R arasındaki faz farkı = Giriş işaretinin frekansını değiştirerek, V R işaretinin genliğinin [V R x 1/ 2] olduğu frekansları (f 1 ve f 2 ) tespit ediniz. (f 1 < f 0 < f 2 şeklinde çıkacaktır.) Bu anda osiloskop ekranındaki işaretleri ÇİZİM 7 ve 8 e ölçekli olarak çiziniz. [V R x 1/ 2] =. V, f 1 =. Hz, f 2 =. Hz 5

7 sadece tek bir periyot için çizim yapmanız yeterlidir!! ÇİZİM 6 ÇİZİM 7 ÇİZİM 8 6. Devreyi Şekil 2 deki gibi değiştiriniz. Giriş işaretinin frekansını 4 nolu maddede bulduğunuz rezonans frekansına ayarlayınız. Kondansatör üzerinden alınan işaretin genliğini kaydediniz. Gözlemlediğiniz işareti giriş işareti ile birlikte ÇİZİM 9 üzerine ölçekli olarak kaydediniz. sadece tek bir periyot için çizim yapmanız yeterlidir! V C = V 0-tepe ÇİZİM 9 6

8 Sonuçlar ve Yorumlar : 1. Rezonans frekansını Kısım I de belirtilen ifade ve bu kısımda kullanmış olduğunuz eleman değerlerinden faydalanarak teorik olarak elde ediniz. Deneyde bulduğunuz değerle hesapladığınız bu değeri karşılaştırınız. Farklılığın nedeni ne olabilir? 2. Kısım II.3 te elde ettiğiniz V R değerlerini ÇİZİM 10 daki grafik üzerine işaretleyerek rezonans eğrisini elde ediniz. Çizim üzerinde f 0, f 1 ve f 2 frekanslarını da gösteriniz. 6 Rezonans Eğrisi 5 4 Genlik (V) Frekans (khz) ÇİZİM ÇİZİM 10 da oluşturduğunuz eğri üzerinden devrenin band genişliğini elde ediniz. Bulduğunuz bu değeri Kısım I deki değer ile karşılaştırınız. Farklı konfigürasyonlara sahip bu iki devre band genişliği nasıl değişmektedir? 7

9 4. Kısım II.6 dan elde ettiğiniz V C değeri ile Kısım I. de anlatıldığı gibi kalite faktörü (Q) nü elde ediniz. Teorik formüllerden diğer Q değerlerini bularak, bu değerle karşılaştırınız. Q (1) Q (2) Q (3) 5. Tablo 1. ve 2. deki sonuçlar ile ÇİZİM 5 ve 10 u göz önünde bulundurarak ; rezonans eğrisi boyunca faz değişimleri nasıl gerçekleşmektedir? Buna göre devre f 0 ın hangi yanında endüktif hangi yanında kapasitif etki göstermektedir? Şekil üzerinde belirtiniz ve açıklayınız. Genlik?? frekans 0 f 0 6. Elde ettiğiniz genlik, akım ve faz farkı sonuçları, seri rezonans devrelerindeki genel kurallara uyuyor mu? Teker teker ele alarak değerlendiriniz. 8