4.3. Обработка и представление результатов

1. По полученным зависимостям U(f) и φ(f) построить графики: на одном листе два графика АЧХ и ФЧХ контура (R₁, L, C₁), размещая их, как показано на рис. 4, и ещё на одном листе два графика АЧХ контуров (R₁, L, C₂) и (R₂, L, C₂). На листах с графиками должны быть записаны используемые ёмкости С, полученные резонансные частоты f₀ (кГц), полосы пропускания Δf (рис. 5) и добротности Q, вычисленные по формулам (10) и (11).

2. По полученным f₀ и Q вычисляются индуктивности контуров

,

а затем, по формуле (10), и их активные сопротивления R. L и R также указываются на листах с графиками АЧХ и ФЧХ.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

1. Вывести выражения для АЧХ и ФЧХ последовательного контура.

2. Что такое полное сопротивление последовательного контура?

3. Что такое переходный и установившийся процессы?

4. Дать определение ширины резонансной кривой контура.

5. Что такое добротность контура и как она выражается через его первичные параметры R, L и С?

6. Воспользовавшись хорошей линейкой, определить с точностью до двух знаков добротность контура, АЧХ которого изображена на рис. 5.

7. Показать, что крутизна фазовой характеристики при ω=ω₀ пропорциональна добротности контура, т.е. доказать равенство (11).

8. Что такое резонанс в контуре? Перечислить характерные особенности резонанса.

9. Изобразить векторные диаграммы напряжений в последовательном контуре при ω<ω₀ и при ω>ω₀.

10. Записать выражение и изобразить график частотной зависимости напряжения на конденсаторе U_C(ω) в последовательном контуре.

11. Найти фазовый сдвиг φ между током и напряжением в последовательном контуре на границах полосы пропускания, т.е. при ω=ω₁ и ω=ω₂, полагая, что добротность Q≫1.

12.Изложить принцип измерения фазовых сдвигов с помощью осциллографа, используемый в настоящей работе.

13. При работе осциллографа с двумя входами Х и Y луч на экране описывает эллипс. В каком направлении «движется» луч по экрану: по- или против часовой стрелки?

ЛИТЕРАТУРА

1. Калашников С. Г. Электричество. – М.: Наука, 1977. – §§ 217-222.

2. Савельев И. В. Курс общей физики, т.2.– М.: Наука, 1982. – §§ 63, 90.

3. Иродов И. Е. Электромагнетизм. – М.: Физматлит, 2000. – Гл. 11.

Работа № Ф311

Релаксационные колебания

Цель работы – изучение условий возбуждения и определение параметров релаксационных колебаний в схеме с газоразрядной лампой.

1. Принцип возбуждения релаксационных колебаний

1.1. Релаксационные колебания

как разновидность автоколебаний

Автоколебания – это незатухающие колебания, поддерживаемые внешним источником энергии. Однако, в отличие от вынужденных синусоидальных колебаний, здесь сам источник не обладает колебательными свойствами, но отбор энергии от него происходит периодически; и этим периодическим отбором управляет сама колебательная система.

Примеры автоколебаний:

1) колебания струны у скрипки при равномерном движении смычка;

2) гудение проводов при сильном постоянном ветре;

3) гудение воздуха в духовой трубе, в свистке;

4) скрежещущий звук лезвия при его поперечном движении по стеклу;

5) дрыгание ножек стола при его перетаскивании по полу волоком.

В некоторых случаях автоколебания носят почти гармонический характер и происходят с частотой свободных колебаний системы; такие автоколебания называются квазилинейными. В других случаях они резко отличаются от гармонических и представляют собою чередование очень быстрых (почти скачкообразных) и медленных процессов. В этом случае автоколебания называются релаксационными, или разрывными. Примеры 4 и 5 – это типичные механические релаксационные колебания.

К генераторам электрических релаксационных колебаний относятся мультивибраторы и блокинг-генераторы. Простейшей же электрической системой, в которой возникают релаксационные колебания, является схема с газоразрядной лампой, принцип действия которой и изучается в настоящей работе.

В простых электрических релаксационных генераторах колебания обычно получаются биэкспоненциальными: они состоят из участков двух экспонент «медленной» и «быстрой» (рис. 1,а). Однако в таком виде колебания используются редко. Практически важной разновидностью электрических релаксационных колебаний являются пилообразные колебания (рис. 1.б), которые получаются спрямлением медленной экспоненты дополнительными устройствами в генераторе. Целью этого является получение именно линейно растущих участков напряжения или тока. Пилообразные колебания широко используются для развёртки сигналов на экране осциллографа, для получения кадровой и строчной развёрток в кинескопах и передающих телевизионных трубках. Назначение пилообразных колебаний во всех этих устройствах – обеспечить равномерное перемещение луча по экрану слева направо или сверху вниз, а затем очень быстрый его в озврат в исходное положение.