CIRCUITI 3
circuiti RC ed RL in corrente impulsata
circuiti RC ed RL in corrente alternata
Laboratorio di Fisica
Dipartimento di Fisica G.Occhialini
Università di Milano Bicocca
PARTE PRIMA: Studio di circuiti RC ed RL in corrente impulsata
Obiettivo: studio dell'andamento della ddp ai capi di resistenza e capacità (o resistenza ed induttanza) in un circuito RC (o RL) sollecitato con un segnale ad onda quadra. Si simula in questo modo l'apertura/chiusura del circuito su una batteria e si può quindi studiare la carica/scarica del condensatore (o dell'induttanza).
Prima di arrivare in laboratorio: si risolvano i circuiti RL ed RC studiandone carica e scarica assumendo di chiudere (aprire) all'istante t=0 il circuito su una batteria; cosa succede se invece di chiudere/aprire il circuito si inverte il segno della tensione? Procedimento: si costruisce il circuito come in figura. Si usa un generatore di funzioni per produrre un segnale ad onda quadra di frequenza (la frequenza determina la “larghezza” temporale dell'onda), la tensione e l'offset del generatore di funzioni possono essere scelti in modo da simulare l'apertura/chiusura del circuito sulla batteria o l'inversione della polarità della batteria (come?). Si utilizza un oscilloscopio per misurare il segnale di tensione ai capi di R e C (o R e L) mediante due sonde posizionate come in figura. Sulla base della forma d'onda osservata si determina la costante di tempo caratteristica del circuito e ­ noto il valore della parte resistiva del circuito) si ricavano i valori di C e di L.
Note:
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si controlli la calibrazione delle sonde prima del loro utilizzo;
la sonda A misura la ddp ai capi della serie RC (RL) che è anche la ddp erogata dal generatore, se ne osservi la forma e – se il caso – si modifichi opportunamente il circuito per ottenere −
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un'onda quadra ~ perfetta;
la sonda B misura la ddp ai capi della resistenza R, ddp che è proporzionale alla corrente che scorre nel circuito, se ne campioni l'andamento temporale mediante i cursori dell'oscilloscopio. Si scelgano opportunamente la scala x e y dell'oscilloscopio eventualmente aggiustando l'ampiezza dell'onda quadra in modo da usare l'intera scala a disposizione (per minimizzare l'errore di misura);
si scelga la frequenza dell'onda quadra in modo da essere certi di arrivare a una carica/scarica ~completa della capacità (induttanza).
Questiti:
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cosa può rendere la forma d'onda misurata in A non quadrata? come si ovvia a questo problema? cosa succede se la misura viene effettuata quando l'onda misurata in A non è esattamente un'onda quadra?
noto il valore della resistenza R si puo' determinare con questo metodo il valore della capacità C, con quale precisione? migliore o inferiore a quella della misura effettuata nell'esperienza C2? quali sono i fattori che influenzano la precisione della misura? la scelta del valore della resistenza R utilizzata per effettuare la misura è rilevante ai fini della precisione della misura stessa?
sapreste “inventare” un metodo veloce per la misura della costante carratteristica del circuito senza dover ricorrere al campionamento e fit dei punti della curva di carica/scarica? (pensate a cosa succede quando la frequenza dell'onda quadra inizia ad essere confrontabile con la costante di tempo del circuito);
un onda quadra è costituita da un transiente veloce (la “rampa” di salita o discesa) e da una parte costante nel tempo. In termini di componenti in frequenza il transiente veloce corrisponde a una frequenza molto alta (se voleste ottenerlo con un tratto di sinusoide vi servirebbe una sinusoide ad altissima frequenza) mentre la parte costante nel tempo corrisponde a una frequenza zero. Alla luce di queste considerazioni interpretate l'andamento della ddp ai capi di R e C (o R ed L) pensando a quali frequenze vengono tagliate e quali vengono fatte passare.
Allargate la scala dei tempi dell'oscilloscopio e osservate la forma della rampa di salita della vostra onda quadra, valutate la frequenza corrispondente. Cosa succederebbe se il vs. circuito avesse un tempo caratteristico confrontabile con il tempo di salita dell'onda quadra?
CIRCUITI 3
circuiti RC ed RL in corrente impulsata
circuiti RC ed RL in corrente alternata
Laboratorio di Fisica
Dipartimento di Fisica G.Occhialini
Università di Milano Bicocca
PARTE SECONDA: Studio di circuiti RC ed RL in corrente alternata
Obiettivo: Misura del valore di impedenza di capacità e induttanze. Misura della funzione di trasferimento dei circuiti RL ed RC.
Procedimento: Si utilizzi il generatore di funzioni in modalità onda simusoidale e si misuri l'andamento dell'impedenza (modulo e fase) di due capacità e di due induttanze al variare della frequenza dell'onda sinusoidale. Si proceda come fatto nell'esperienza C2, utilizzando quindi un circuito RC o RL e misurando tensione e corrente nell'impedenza incognita. Dai dati raccolti si ricavino i valori di C o L.
Per lo stesso circuito si misuri la funzione di trasferimento (modulo e fase) leggendo ai capi di R o ai capi di Z (dove Z=C oppure Z=L).
N.B. Le misure con Z=C vanno ripetute solo se non completate durante l'esperienza C2.
Note:
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si controlli la calibrazione delle sonde prima del loro utilizzo;
si valuti l'influenza della resistenza interna del generatore di funzioni sulle misure effettuate;
se l'esperienza C2 non è stata eseguita completamente la raccolta dati qui prevista consente di misurare C o L con il metodo previsto in tale esperienza.
Questiti:
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cosa succede se si scambiano di posizione R e C (o L)?;
l'induttanza L ha anche una sua propria resistenza, va considerata? quanto e quando è importante nelle vostre misure?.
