Лабораторная работа 11 изучение релаксационных колебаний
 Скачать 34.5 Kb.
|
|
Лабораторная работа №11 ИЗУЧЕНИЕ РЕЛАКСАЦИОННЫХ КОЛЕБАНИЙ Цель работы: Изучение вольт - амперной характеристики газонаполненной лампы и работы генератора релаксационных колебаний на неоновой лампе, измерение и расчет периода релаксационных колебаний при различных значениях сопротивления. Приборы: Кассета ФПЭ-12, магазин сопротивлений, магазин ёмкостей, источник питания, звуковой генератор, электронный осциллограф, цифровой амперметр (миллиамперметр). В работе изучаются вольт - амперная характеристика газонаполненной лампы и работа генератора релаксационных колебаний на неоновой лампе. Принципиальная электрическая схема установки приведена на рис. 1. В режиме получения вольт - амперной характеристики неоновой лампы (л) переключатель (к) устанавливается в положение 2. Амперметром РА измеряется сила тока газового разряда через лампу при различных напряжениях, поступающих с источника питания (ип). Сопротивление R1, включенное последовательно с неоновой лампой, служит для ограничения силы тока. Установив переключатель (к) в положение 1, получим схему генератора релаксационных колебаний. На экране электронного осциллографа, на вход Y которого поступает напряжение с конденсатора С, можно наблюдать картину релаксационных колебаний при различных сопротивлениях R и емкости С конденсатора. Период релаксационных колебаний в работе определяется тремя способами. Используя напряжение зажигания U3 и гашения Ur, полученные при снятии вольт - амперной характеристики, а также напряжение  , измеряемое вольтметром источником питания (ип), рассчитывают период колебаний по формуле  при каждом значении R и C.Второй способ заключается в непосредственном измерении длительности цикла заряда на экране. Третий способ более точный, заключается в том, что на вход Х электронного осциллографа подают синусоидальный сигнал со звукового генератора PQ. На экране электронно - лучевой трубки происходит сложение двух взаимно перпендикулярных колебаний: релаксационных и синусоидальных. Неподвижная картина возникает , если частоты складываемых колебаний относятся как целые числа. Вид картины, возникающих при соотношении частот 1:1 представлен на рис. 2. Зная частоту сигнала звукового генератора и форму неподвижной фигуры на экране, можно определить соотношение частот и вычислить частоту релаксационных колебаний.                                 рис. 1  рис. 2  Подготовка приборов к работе Установите сопротивление R=1Мом магазина сопротивлений и С=3нФ магазина ёмкостей. Включите генератор развертки электронного осциллографа с запуском от усилителя Y, а коэффициент отклонения по оси Y установите таким, чтобы можно было наблюдать переменное напряжение до 10 В. Установите следующие значения параметров выходного напряжения звукового генератора: частота 20 кГц, выходное напряжение не более 3 В. Измерительный прибор РА подготовьте для измерения тока до 10 мА. Ручку регулировки напряжения 120 В источника питания установите в крайнее левое положение. Задание 1 ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ ЗАЖИГАНИЯ И ГАШЕНИЯ ГАЗОРАЗРЯДНОЙ ЛАМПЫ Включите лабораторный стенд, источник питания и измерительный прибор РА. Для снятия вольт - амперной характеристики неоновой лампы кнопка РЕЖИМ должна находиться в отжатом положении. Снимите зависимость силы тока Iпр от напряжения, которое следует увеличивать от 40 до 120 В через 10 В. Данные измерений занесите в таблицу. Аналогичные измерения проведите при уменьшении напряжения от 120 до 40 В. Измеренные значения силы тока Iобр занесите в таблицу.
4. Определите напряжения зажигания и гашения лампы. Для этого выберите по таблице интервал напряжений, в котором лампа зажглась (погасла). В выбранном интервале, постепенно увеличивая (уменьшая) напряжение через 1-2 В, найдите такое напряжение, при котором сила тока скачком увеличится от нуля до некоторого значения (скачком уменьшится до нуля). Запишите значения напряжений зажигания и гашения. 5. Выключите измерительный прибор РА. 6. Постройте вольт - амперную характеристику неоновой лампы. Задание 2 ИЗМЕРЕНИЕ ПЕРИОДА РЕЛАКСАЦИОННЫХ КОЛЕБАНИЙ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЯХ И ЁМКОСТЯХ Нажмите кнопку РЕЖИМ . Включите источник питания, осциллограф и звуковой генератор. Установите ручкой регулировки напряжения источника питания напряжение  =110 В, которое в дальнейшем поддерживайте неизменным.Получите на экране осциллографа устойчивую картину релаксационных колебаний. Частоту развертки получите такой, чтобы на экране можно было наблюдать 1-2 периода релаксационных колебаний. Измерьте на экране осциллографа время t3 и пересчитайте его в секунды (см. рис.)   4. Выключите генератор развертки осциллографа. Установите выходное напряжение на выходе звукового генератора PQ. Плавно изменяя частоту выходного сигнала звукового генератора получите на экране неподвижную картину (рис. 2), соответствующую соотношению частот складываемых колебаний 1:1. Запишите значение частоты звукового генератора f. Рассчитайте период релаксационных колебаний по формуле T=1/f. 5. Постепенно увеличивая частоту, наблюдайте кривые сложения колебаний, соответствующие соотношению частот 1:2, 1:3 и т. д. Зарисуйте эти кривые. 6. Измерения периода релаксационных колебаний (п. 4) выполните при других значениях R и C. 7. Выключите приборы. Рассчитайте период релаксационных колебаний по формуле  Оцените погрешность вычисленного значения Т. 8. 0цените погрешность других способов измерения периода. Контрольные вопросы Найдите отношение времени t3нарастания напряжения ко времени tpпри релаксационных колебаниях;R=1Мом, защитное сопротивление лампы R1=68 кОм. Объясните, почему кривая сложения двух взаимно перпендикулярных колебаний ( синусоидального и релаксационного) имеет вид, изображенный на рис. 2. Дайте объяснение кривых, полученных при других соотношениях частот. Как влияет входное сопротивление осциллографа на характер релаксационных колебаний. |