Osiloskopta RC devresi

Öğretim programları: Tle, APC, Sek II

Tam sürümü aç ↗

Amaç

Kondansatörün dolmasını ve boşalmasını osiloskopta gözlemlemek ve zaman sabitini ölçmek.

Düzenek

AC gerilim kaynağı — 0'dan 5 V'a kare dalga (genlik 2,5 V, DC ofset 2,5 V), 10 Hz. Seri bağlı 1 kΩ'luk bir direnç ve 10 µF'lık bir kondansatör (\(\tau\) = 10 ms). Osiloskop: CH1 — kaynak, CH2 — kondansatör, DUAL modu, 2 V/bölme, 20 ms/bölme, tetikleme CH1'den, 2,5 V'ta.

İşlem basamakları

1. Her iki sinyali inceleyin.
2. ZAMAN/BÖLME ayar düğmesiyle 5 ms/bölme ayarlayın.
3. Kondansatör üzerindeki gerilimin 0'dan 3,16 V'a (5 V'un %63'ü) yükselmesi için geçen süreyi ölçün.
4. Kondansatörün parametre kartında 10 µF'ı 22 µF olarak değiştirin ve %63'e kadar geçen süreyi yeniden ölçün.
5. 10 µF'a geri dönün ve kaynağın frekansını 50 Hz'e yükseltin.

Beklenen sonuç

Kare dalganın her yükselen kenarında kondansatör üstel olarak dolar, düşen kenarında ise yine üstel olarak boşalır. Gerilim %63'e 10 ms'de ulaşır — 5 ms/bölmede 2 bölme. 22 µF'da \(\tau\) 22 ms'ye çıkar ve kondansatör yarım periyot içinde artık sıfıra kadar boşalmaz — en küçük değer yaklaşık 0,5 V'tur. 50 Hz'de yarım periyot (10 ms) birkaç \(\tau\) süresinden kısadır ve kondansatör tam olarak dolmaya zaman bulamaz.

Sorular

1. Kondansatör üzerindeki gerilim neden bir anda değişemez?
2. Kondansatörün neredeyse tamamen dolmaya zaman bulması için kare dalgada hangi frekansı seçmelisiniz?

Cevaplar

1. Kondansatör üzerindeki gerilimi yükü belirler, \(U = Q / C\); yük ise ancak akımın onu levhalara taşıdığı hızda değişir. Direnç bu akımı en fazla 5 V / 1 kΩ = 5 mA ile sınırlar, bu yüzden gerilim yavaş yavaş değişir; ani bir sıçrama için sonsuz büyük bir akım gerekirdi.
2. Yarım periyot en az \(5\tau\) sürmelidir; bu sürenin sonunda kondansatör %99'dan fazla dolmuş olur. \(\tau\) = 10 ms için bu 50 ms, yani 100 ms'lik bir periyot demektir; dolayısıyla \(f \le 1 / (10\tau)\) = 10 Hz: düzenekte ayarlı 10 Hz bu koşulu sağlayan en yüksek frekanstır.