Napięcie przemienne na oscyloskopie

Podstawy programowe: GCSE (ac and dc), A-level, Sek I

Otwórz pełną wersję ↗

Cel

Zmierzyć okres, częstotliwość, amplitudę i wartość skuteczną napięcia przemiennego.

Układ

Źródło napięcia przemiennego: sinusoida, amplituda 5 V, 50 Hz. Do jego wyjścia są podłączone woltomierz w trybie AC i oscyloskop (CH1, 2 V/dz, 5 ms/dz).

Przebieg doświadczenia

1. Korzystając z siatki ekranu, wyznaczyć okres i wartość międzyszczytową sygnału.
2. Porównać je z pomiarami automatycznymi na pasku menu oscyloskopu (Vpp, Vrms, częstotliwość, okres).
3. Przełączyć woltomierz w tryb DC, a potem z powrotem w tryb AC.
4. Ustawić na źródle 100 Hz, a potem wybrać kształt sygnału „Prostokąt”.

Oczekiwany wynik

Okres to 4 działki (20 ms), częstotliwość wynosi 50 Hz; wartość międzyszczytowa to 5 działek (10 V). Woltomierz w trybie AC wskazuje około 3,54 V — amplitudę podzieloną przez \(\sqrt{2}\); w trybie DC — około 0 (wartość średnia sinusoidy). Przy 100 Hz okres zajmuje 2 działki. Dla przebiegu prostokątnego o amplitudzie 5 V wartość skuteczna wynosi 5 V.

Pytania

1. Dlaczego woltomierz wskazuje 3,54 V, a nie 5 V?
2. Ile okresów przebiegu 50 Hz mieści się na ekranie przy 5 ms/dz?

Odpowiedzi

1. W trybie AC woltomierz wskazuje wartość skuteczną: takie napięcie stałe, które tak samo nagrzewałoby opornik. Dla sinusoidy wynosi ona \(U_{rms} = U_0 / \sqrt{2}\) = 5 V / 1,414 ≈ 3,54 V; 5 V to amplituda, którą napięcie osiąga tylko w szczytach.
2. Ekran ma szerokość 10 działek, więc przy 5 ms/dz pokazuje 10 × 5 = 50 ms. Okres przebiegu 50 Hz trwa \(T = 1 / f\) = 20 ms, więc na ekranie mieści się 50 / 20 = 2,5 okresu.