3. Измерения
3.1. Снятие вольт-амперной характеристики
Для снятия ВАХ последовательной цепи «лампа-резистор r» необходимо выполнить следующее.
1. Уменьшить сопротивление R (рис. 8) до нуля; подключить к разомкнутым клеммам 3-4 миллиамперметр мА, к гнёздам 5-6 – вольтметр, а к гнёздам 1-2 – генератор напряжения U0 (ЛАТР). Осциллограф пока не подключается.
2. Включить ЛАТР и, медленно наращивая его выходное напряжение U0, сначала приблизительно, а затем, по возможности, точно определить напряжения и токи зажигания и гашения лампы.
После зажигания лампы напряжение U0 можно увеличить ещё на 15-20 В, снимая верхнюю ветвь ВАХ «туда и обратно», как показано на рис. 6. Вся верхняя ветвь ВАХ должна быть обозначена, по крайней мере, 10-ю экспериментальными точками с интервалами 5-10 В.
3.2. Измерения параметров релаксационных колебаний
1. Собрать схему релаксационного генератора; для этого:
● отсоединить миллиамперметр мА от клемм 3-4 и замкнуть их перемычкой;
● вольтметр подключить к клеммам 1-2, к которым подключён и ЛАТР;
● сопротивление R установить на максимум;
● к выходным гнёздам релаксационного генератора подключить осциллограф;
● переключателем П ввести конденсатор средней ёмкости (около 50 нФ).
2. Выставить U0 на 10-30 В выше напряжения зажигания лампы. Лампа должна начать мигать с заметной для глаза частотой.
3. Включить
осциллограф, предварительно уменьшив
чувствительность его входа Y
до 2-5- В/дел. и установив на нём режим
непрерывной развёртки с внутренней
синхронизацией. Если у входа Y
есть переключатель «≅
~»,
то установить его в положение «~»,
означающее, что в канал Y
пропускается только переменная
составляющая входного сигнала, а
постоянная составляющая отсекается.
Это выгодно, так как на экране будут
видны только «чистые» колебания с
размахом Δи=из−иг
(рис. 7) без высокого постоянного уровня
и=≈иг+Δи/2≈70
В.
4. Изменяя сопротивление R, найти трежим устойчивых автоколебаний в релаксационном генераторе. Ручками «Яркость», «Фокус» и «Уровень синхр.» отрегулировать их на экране чёткими, умеренно яркими и стабильными. Переключателем «Усиление Y» сделать, чтобы они занимали бóльшую часть экрана, а переключателем частоты развёртки – чтобы на экране помещалось 2-3 периода.
5. Немного меняя R и U0, выставить период колебаний равным целому числу клеток на экране (для удобства и точности дальнейших расчётов).
Зарисовать осциллограмму колебаний с указанием масштабов по осям Х и Y, величин R, C и U0, размаха колебаний Δи=из−иг, периода Т. Размах Δи определяется с учётом делителя «1:9».
6. Пользуясь переключателем частоты развёртки и специальной растяжкой изображения по горизонтали, определить, по возможности точно, времена заряда и разряда (τз и τр) конденсатора (рис. 7).
7. Уменьшая сопротивление R до срыва автоколебаний, определить значение .
8. Уменьшая напряжение U0 почти до величины из, наблюдать эволюцию периода и формы колебаний до их срыва. Зарисовать предельно достигнутую устойчивую картину колебаний с указанием на ней значений R, U0, Δи и Т, как в п. 5.
9. Переключателем П ввести конденсатор с максимальной ёмкостью (около 1 мкФ); сопротивление R сделать побольше. Релаксационные колебания станут иметь настолько большой период, что наблюдать их на экране осциллографа будет затруднительно. Зато становятся хорошо различимыми отдельные вспышки лампы, соответствующие кратковременным разрядам через неё конденсатора.
Варьируя R и U0 и пользуясь ручным секундомером, установить их период Т=1 с. Отметить соответствующие значения R, С и U0.
10. Выставить U0 таким же, как и в п. 7, и так же определить Rкр, соответствующее срыву низкочастотных релаксационных колебаний. Сравнить эти два значения: ведь Rкр, согласно (3), не должно зависеть от частоты (при не слишком высоких частотах).
11. Выполнить п. 10 на высокой частоте, включив в схему третий конденсатор минимальной ёмкости (около 6 нФ). Срыв колебаний в этом случае наблюдается, конечно же, по экрану осциллографа.
12. С конденсатором минимальной ёмкости выполнить п. 5, выставив U0≈120…130 В, а R>Rкр. Обратить внимание, как изменился рисунок колебаний. Это связано с тем, что развитие лавины в лампе (~10−4…10−5 с) ещё не закончилось, а малая ёмкость С уже почти разрядилась через малое сопротивление r (характерное время разряда τ=rC~104 Ом×10−8 Ф=10−4 с), и лампе «пора гаснуть».