3 Схема для наблюдения за прохождением гармонического сигнала через конденсатор

Необходимо составить схему для получения осциллограмм напряжений на конденсаторе и тока в его цепи с целью определения фазовых и амплитудных соотношений между этими осциллограммами. С учетом модели реального конденсатора (рисунок 3) и элементов схемы, которые использовались в первой лабораторной работе необходимая схема в общем виде будет выглядеть как на рисунке 6.

Рисунок 6 – Снимок с экрана общего вида схемы для получения осциллограмм

Уточним значение параметров ESR и ESL для этой схемы.

В задании на лабораторную работу дана только емкость конденсатора. 100 пФ. Остальные параметры модели этого конденсатора неизвестны. Обратимся к данным таблицы 1.

Таблица 1 - Индуктивность и резонансные частоты некоторых типов конденсаторов

Из таблицы 1 следует, что такую емкость имеют конденсаторы :

- керамические типов КД1, КД-2а, К10У-2, КТ-1, КТ-2, КТ-3, КМ-3, КМ-4, КМ-5. КВИ, К15-У1, К15-У2;

- слюдяные типов КСО-1, КСО-2, КСО-6, КСО-13:

- бумажные и металлобумажные типа КБГ-И.

Выбираем из этой группы конденсатор с самой высокой резонансной частотой: это керамические типов КД1, КД-2а с частотой 5 ГГц. При такой частоте ESL имеет минимальное значение.

Согласно таблице 1 это 1 нГн.

В поисковик интернета вводим запись « Конденсатор типа КД1 емкостью 100 пФ».

Получаем информацию по этому конденсатору в виде таблицы и габаритных размеров.

Рисунок 7 – Основные электрические параметры и габаритные размеры.

конденсаторов типа КД-1

Из таблицы для этого конденсатора следует, что емкость 100 пФ имеет только конденсатор с группой ТКЕ М1500, рабочим напряжением 100 В, диаметром диска 6,5 мм и массой 1 г.

Тогда полное условное обозначение (ПУО) в конструкторской документации КД (перечень элементов, спецификация) для этого конденсатора будет иметь вид:

Конденсатор КД-1 – 100 В-100 пФ ± 10 %-М1500 № ТУ.

Далее обращаемся к таблице 2. В этой таблице находим группу и тип, к которым относится выбранный конденсатор. Очевидно, что это эта группа «Керамические высокочастотные» и «Все типы». Для этого конденсатора на частоте 1 МГц тангенс угла диэлектрических потерь tgδ имеет значение от 0,0001 до 0,0015.

Таблица 2 – Тангенс угла потерь для некоторых типов конденсаторов

Найдем значение емкостного сопротивления конденсатора на частоте 1 МГц по формуле

≈ 1600 Ом

Определим для выбранного конденсатора величину резистора ESR согласно выражения

≈ 2,4 Ом

Это значение сопротивления будем в дальнейшем использовать для всех вновь создаваемых схем.

3 Описание схемы для наблюдение осциллограмм напряжения и тока через конденсатор при гармоническом сигнале

С учетом приведенных расчетов схема будет выглядеть как показано на рисунке 8. Общий вывод осциллографа автоматически подключается на землю.

Устанавливаем необходимые частоту f и выходное напряжение генератора GB1 (в примере на рисунке 8 – это 1 МГц и 12 В) и определяем период колебаний Т = 1/f ( в примере на рисунке 8 – это 1 мкс или 1 μs как принято в обозначении на органах управления осциллографа)

Рисунок 8 - Снимок с экрана схемы для получения осциллограмм напряжения и тока через конденсатор при гармоническом сигнале

Рисунок 9 - Установка органов управления осциллографом при гармоническом сигнале с привязкой к схеме на рисунке 8

Установка органов управления осциллографом производится в ниже приведенной последовательности.

Первоначально:

- в секторе вида разверток «Time base» устанавливаем временнýю развертку «Y/T», смещение по горизонтали «X position» сводим к нулю;

- в секторе синхронизации «Trigger» устанавливаем режим внутренней синхронизации «Auto», положительный фронт «Edge», значение уровня сигнала синхронизации «Level» устанавливаем в ноль;

- в секторах усилителей вертикального отклонения «Channel A» и «Channel B» устанавливаем закрытые входы «AC», коэффициенты отклонения «5V/div» при напряжении сигнала генератора GB1 равным 12 В.

Удобным считается наблюдение за осциллограммами синусоидальной формы, когда по длине экрана укладываются от 2 до 4 периодов синусоидального сигнала. Примем три периода 3Т. Учитывая, что по длине экрана имеется 14 клеток, получаем коэффициент отклонения равный 3Т/14. ( в примере на рисунке 8 – это 3 · 1 мкс и разделить на 14 клеток, то есть 0,21 μs/div). Выбираем ближайшее номинальное значение 0,2 μs/div, как показано на рисунке 9.

Включаем тумблер питания. На экране осциллографа появляется быстро изменяющееся изображение в виде «прыгающих» черточек, фрагментов синусоиды и т.д.. Нажимаем кнопку пауза «Pause». Изображение останавливается.

Если быстро изменяющееся изображение не наблюдается, то необходимо по каналу А уменьшить коэффициент отклонения (V/div) до его появления, а затем нажать кнопку пауза «Pause».

Непосредственно под экраном находится прокрутка, перемещая которую, можно расположить осциллограмму в удобном для наблюдения положении по длине экрана.

Если синусоида по каналу В отсутствует, то нужно уменьшать коэффициент отклонения (V/div) по этому каналу до появления осциллограммы.

Переключением значений коэффициентов отклонения добиваются, чтобы изображение по вертикали было в пределах от 2 до 3 клеток вверх и столько же вниз от оси времени, как показано на рисунке 9.