Постійна часу rc-ланцюга

Після проведення даного експерименту Ви зможете продемонструвати, як величини ємності і опору керують часом заряду і розряду конденсатора.

* Джерело постійної напруги

* Секундомір або годинник із секундною стрілкою

один електролітичний конденсатор 22 мкФ, один електролітичний конденсатор 100 мкФ, один резистор 33 кОм, 1/4 Вт,

* Один резистор 100 кОм, 1/4 Вт, один резистор 220 кОм, 1/4 Вт, один резистор 1 МОм, 1/4 Вт.

Конденсатор є електроелементів, який накопичує електрику в формі електричного поля. Коли до конденсатору прикладається постійна напруга, електрони залишають одну обкладку конденсатора і скупчуються на інший обкладанні під дією

зовнішньої сили напруги. Це призводить до заряду конденсатора до напруги, рівного додається напруги.

Позитивний заряд на одній обкладці конденсатора і негативний заряд на інший обкладанні конденсатора створюють сильне електричне поле між обкладинками в діелектрику. Такий заряд утримується навіть у тому випадку, якщо джерело напруги від'єднується. Конденсатор може розряджатися з'єднанням його висновків один з одним для нейтралізації заряду на обкладинках.

-арядка і розрядка конденсатора до певної напруги займає кінцевий період часу (званий постійної часу); цей час залежить в основному від ємності конденсатора і включеного послідовно опору. Постійна часу зарядки - це час, який потрібен конденсатору, щоб зарядитися до 63, 2% прикладеної напруги. Це час (Т) в секундах виражається так:

Постійна часу розрядки - це час, який потрібен конденсатору, щоб розрядитися до 36,8% від початкового заряду.

Час, який потрібен конденсатору, щоб повністю зарядиться до прикладеної напруги або повністю розрядитися до нуля, приблизно дорівнює п'ятикратної постійної часу, тобто 5Т.

Багато електронні схеми ґрунтуються на ідеї використання постійної часу для сво їй роботи. До таких схем відносяться, наприклад, схеми затримки часу, схеми формування імпульсів і сигналів, а також генераторні схеми. У цьому експерименті Ви познайомитеся з постійною часу заряду і розряду, використовуючи для цього три різних групи резисторів і конденсаторів.

Резистор 100 кОм; конденсатор 100 мкФ

1. Зберіть схему, показану на малюнку 14-1. Дотримуйтесь полярності при підключенні електролітичного конденсатора.

2. Відрегулюйте джерело живлення на напругу 12 В.

3. Розрахуйте величину напруги, яке з'явиться на конденсаторі протягом однієї постійної часу.

Напруга (Т) = ______ В

4. Розрахуйте постійну часу, використовуючи значення, показані на малюнку 14-1. -апішіте Ваш результат в колонку 3 на малюнку 14-2. Розрахуйте також значення часу, який буде потрібно конденсатору, щоб повністю зарядитися (5Т). -апішіте Ваш результат в колонку 4 на малюнку 14-2.

5. З'єднайте вимірювальні висновки Вашого мультиметра, дотримуючись полярності, з висновками конденсатора. Мультиметр повинен показати 0 В. Якщо це не так, на обкладинках конденсатора є деяке залишкове напруга. Видаліть його, короткочасно закорачівая висновки конденсатора один з одним протягом декількох секунд. Знову виконайте вимірювання напруги Вашим мультиметром, щоб переконатися, що напруга конденсатора дорівнює нулю.

6. Залиште вимірювальні висновки мультиметра на виводах конденсатора, вільний кінець резистора 100 кОм приєднаєте до висновку + 12 В джерела живлення. У момент приєднання

запустіть Ваш секундомір або почніть відлік часу за допомогою секундної стрілки Ваших годин. Коли напруга на конденсаторі почне рости, помічайте його величину. Коли напруга на конденсаторі досягне значення, яке Ви розрахували за крок 2, зауважте час за секундоміром або по секундної стрілкою. -апішіте це значення в якості виміряної постійної часу в колонку 5 малюнка 14-2.

ПРИМІТКА: Повторіть даний крок кілька разів, щоб переконатися в тому, що Ваш відлік часу щодо точний. Адже Ви намагаєтеся спостерігати як за показаннями вольтметра, так і за секундоміром, щоб визначити час, необхідний для досягнення конкретного рівня напруги. Це досить хитромудра операція, так що повторіть її кілька разів для більшої точності вимірювань. УВАГА:

якщо Вам буде потрібно повторювати експеримент, видаляйте резистор 10кОм і повністю розряджайте конденсатор 100 мкФ, перш ніж приступати до кожного додаткового виміру. 7. Знову повністю розрядите конденсатор і знову підключіть вимірювальні висновки. Торкніться вільним висновком резистора 100 кОм до висновку +12 В джерела живлення. На цей раз виміряйте час, який буде потрібно конденсатору для повної зарядки до величини прикладеної напруги, яке Ви виміряли в кроці 1. Як і раніше, почніть відлік часу за секундоміром або по секундної стрілкою годин в той момент, коли Ви подаєте напруга на резистор. -апішіте це виміряний час,

яке потрібно конденсатору для повної зарядки, в колонку 6 малюнка 14-2.

Резистор 11 к0м; конденсатор 22 мкф

8. Повторіть кроки з 4 по 7. використовуючи конденсатор 22 мкф і резистор 100 к0м. -аполніте поля в таблиці на малюнку 14-2, як Ви це робили раніше. Вашими розрахунковими і вимірюваними значеннями.

Резистор 220 к0м; конденсатор 100 мкФ

9. Знову повторіть кроки з 4 по 7, але на цей раз використовуйте конденсатор 100 мкФ і резистор 220 к0м. -апішіте Ваші розрахункові і виміряні значення в таблицю на малюнку 14-2.

10. Розглядаючи інформацію на малюнку 14-2 і помічаючи різні значення часу, отримані при різних значеннях опору і ємності, зробіть Ваше власний висновок щодо впливу значень опору і ємності на постійну часу.

Резистор 100 к0м; конденсатор 100 мкФ

11. перекомпонуйте схему, щоб вона відповідала схемі, показаної на малюнку 14-3. Дотримуйтесь полярності при підключенні електролітичного конденсатора. У цій частині експерименту Ви будете демонструвати процес розрядки конденсатора. Щоб зробити це, підключіть резистор паралельно конденсатору.

12. Розрахуйте постійну часу схеми і час, який потрібен для повної розрядки конденсатора, і запишіть Ваші дані в колонку 3 на малюнку 14-4.

13. Далі визначте величину напруги, до якого розрядиться конденсатор за одну постійну часу. Використовуйте вихідна напруга

джерела живлення, яке Ви виміряли в кроці 1. Розрахуйте величину напруги, яке буде присутній на конденсаторі після його розрядки протягом однієї постійної часу.

Напруга (t) = _______ В

Резистор 100 кОм; конденсатор 22 мкф

14. Підключіть вимірювальні висновки Вашого мультиметра до конденсатору 22 мкф. В даний час напруга повинна дорівнювати нулю, оскільки будь-який заряд на обкладинках конденсатора був усунутий в процесі розрядки конденсатора через резистор 1 МОм. Підключіть схему висновку + 12 В джерела живлення. Конденсатор заряджається негайно до напруги джерела живлення; послідовно з конденсатором немає підключеного опору.

15. Продовжуйте фіксувати вимірювальні висновки мультиметра паралельно висновків конденсатора. Видаліть з'єднувальний провід з виведення + 12 В джерела живлення. Одночасно з видаленням дроти почніть відлік часу по Вашому секундоміром або по секундної стрілкою годин. Спостерігайте при цьому за напругою на висновках конденсатора. Коли напруга досягне потрібного значення, зауважте час. -апішіте постійну часу в колонку 5 таблиці на малюнку 14-4. Як і раніше. Ви можете побажати повторити кроки 13 і 14 кілька разів, щоб поліпшити точність вимірювань. Адже, оскільки Вам доводиться спостерігати одночасно за двома зна нями, вимір досить хитромудро. Усереднюючи кілька свідчень, Ви отримаєте велику точність у вимірюванні.

Резистор 220 кОм; конденсатор 22 мкф

16. Знову повторіть кроки з 12 по 15, але на цей раз використовуйте конденсатор 22 мкф і резистор 220 кОм. Знову розрахуйте значення часу розрядки для однієї постійної часу і для п'яти постійних часу. -апішіте всі Ваші дані в таблицю на малюнку 14-4.

17. Розглядаючи інформацію на малюнку 14-4 і помічаючи різні значення часу, отримані при різних значеннях опору і ємності, зробіть Ваш висновок щодо залежності між часом розрядки і значеннями опору і ємності.

18. На підставі порівняння Ваших розрахункових і виміряних значень поясніть можливі невідповідності.

1. Потрібно той же самий час для повної зарядки конденсатора, яке потрібне і для повної його розрядки:

а) висловлювання істинно,

б) висловлення помилкове.

2. До якої напруги зарядиться конденсатор 5 мкф через резистор 10кОм за одну постійну часу при його підключенні до джерела живлення 6 В?

3. Скільки часу буде потрібно конденсатору з питання 2, щоб повністю розрядитися?

4. конденсатора потрібно 80 мілісекунд, щоб повністю зарядитися. Тому постійна часу дорівнює:

5. При заданих значеннях R (опір) і С (ємність) ємність подвоюється, а опір зменшується в два рази, при цьому постійна часу:

а) залишається незмінною,

г) зменшується в два рази.