آزمایش بررسی خازن در مدار متناوب
هدف آزمایش:
1) اندازهگیری امپدانس یك خازن به عنوان تابعی از ظرفیت و فركانس
2) اندازهگیری اختلاف فاز بین ولتاژ نهایی و جریان كل به عنوان تابعی از ظرفیت و فركانس در مدار
3) اندازهگیری امپدانس كل خازن ها در اتصال موازی و سری
وسایل آزمایش:
برد RR - RC، بلوكه مقاومت معلوم، بلوکه خازن بای پلار، پك كامل پرتهاي آزمايشگاهي uشکل، سيگنال ژنراتور با خروجي پرقدرت KHz10 ، آمپلي فاير دوگانه، مولتيمتر دستي دیجیتال.
تئوری آزمایش
اگر یك خازن باظرفیت C و یك مقاومت اهمی با مقدار R در یك مدار بهم وصل شوند، ولتاژ نهایی كه از جمع ولتاژ تك تك اجزا بدست می آید برابر است با:
(1)
كه Q مقدار بار موجود روی سطوح خازن و I جریان است.
با توجه به اینكه از معادله (1) رابطه زیر نتیجه می شود:
(2)
اگر ولتاژ متناوب V، دارای فركانس و شكل موجی باشد. از حل رابطه (2) بدست می آوریم:
(3)
اختلاف فاز از رابطه بدست می آید:
(4)
(5)
و امپدانس با رابطه نشان داده می شود.
معمولاً امپدانس های مختلط را با عملگر نشان می دهند. در مقاومت اهمی و در خازن می باشد.
دراتصال موازی داریم:
و برای اتصال سری داریم:
امپدانس حقیقی یك مدار مقدار مطلق است.
روش آزمایش
مدار را مطابق شكل (1) ببندید، چون ولتمترها و آمپرمترهای معمولی، معمولا ًتنها مقادیر rms (ریشه میانگین مربعی) را اندازه گیری می كنند و رابطه فاز را حساب نمی كنند، ترجیح داده می شود كه ازیك اسیلوسكوپ استفاده كنیم. آزمایش را با ولتاژ سینوسی انجام می دهیم تا مقادیر rms بدست آیند. بدین ترتیب كه مقادیر بیشینه تا کمینه یك موج با اسیلوسكوپ اندازه گیری می شود، مقدار بدست آمده را به تقسیم می كنیم.طبق رابطه جریان را با اندازه گیری ولتاژ در مقاومت بدست می آوریم.
مدار شكل (2) نمایش سینوسی جریان كل و ولتاژ خازن را نشان می دهد.
شكل (2)
اگر بوسیله كلید زمان سنج اسیلوسكوپ، یك نیم موج جریان (o180) با پهنای (cm 10) در صفحه آورده شود (كه امكان تغییر سرعت رفت و برگشت وجود داشته باشد) اختلاف فاز ولتاژ بطور مستقیم برحسب cm خوانده می شود. برای اینكه مقاومت ظاهری یك خازن برحسب تابعی از فركانس تعیین شود، خازن را در حالت سری به مقاومت هایی كه دارای مقادیر معلوم هستند وصل می كنیم. تا زمانی كه ولتاژ یكسانی در خازن و مقاومت ایجاد می شود. فركانس تغییر می كند.
بنابراین مقادیرمقاومت و مقاومت ظاهری مساوی می شوند.
با استفاده از یك خازن آزمایش را در فركانس های مختلف انجام دهید و نمودار مقاومت ظاهری را برحسب فركانس رسم نمایید.برای بررسی مقاومت ظاهری یك خازن به عنوان تابعی از ظرفیت، آزمایش فوق را برای خازن هایی با ظرفیت های متفاوت و فركانس =10 KHz) ) ثابت انجام دهید. منحنی امپدانس را برحسب ظرفیت خازن رسم كنید.
با استفاده از شكل (2) اختلاف فاز بین ولتاژ نهایی و جریان كل را می توان محاسبه كرد. كانال B ولتاژ كل را اندازه گیری می كند نه ولتاژ خازن را. اختلاف فاز را به عنوان تابعی از ظرفیت و فركانس در مدار مورد بررسی قرار دهید و نمودارهای مربوط به اختلاف فاز را برحسب تابعی از فركانس و ظرفیت خازن رسم كنید. خازن ها را بطور سری و موازی بهم وصل كنید و آزمایش را انجام دهید. ظرفیت كل را محاسبه كنید و مقاومت ظاهری را بدست آورید.