Вивчення роботи електронного осцилографа.

Мета роботи:

1. Вивчити будову та принцип роботи електронного осцилографа.

2. Оволодіти методикою вимірювання амплітудних та частотних характеристик електричних сигналів.

Прилади і матеріали:

Електронний осцилограф; звуковий генератор.

Завдання до лабораторної роботи:

а) при домашній підготовці:

1. Вивчити будову електронного осцилографа, призначення окремих його вузлів (по блок-схемі) [2] стор. 187,188;[3] роб.№ 109

2. Будову та роботу електронно-променевої трубки на основі електронної оптики([1] стор. 5.5;[3] роб.109;[4] роб. №50)

3. Ознайомитись з методикою практичного використання осцилографа в лабораторній практиці([3] роб.№109;[4] роб.№50,§ 5;)

б) при виконанні роботи:

1. Включити осцилограф. Вивчити функціональне призначення елементів управління роботою осцилографа (ручок керування).

2. Провести вимірювання амплітуди, частоти, періоду гармонічних коливань.

3. Результати вимірювань записати з врахуванням похибок вимірювання.

Теоретичні відомості:

Електронний осцилограф — це прилад для візуального спостереження, вимірювання і запису різноманітних електромагнітних процесів. Умовно осцилографи можна поділити на такі групи: 1) лабораторні універсальні з чутливістю до сотень міліметрів на вольт (мм/В); 2) прості осцилографи з чутливістю від 10 до 100 мм/В; 3) осцилографи для спостереження повільних процесів, в яких використовуються електронно-променеві трубки з великою тривалістю післясвітіння екрана; 4) імпульсні осцилографи для спостереження короткочасних процесів.

Осцилограф складається з електронно-променевої трубки, генератора розгортки, блока синхронізації, двох підсилювачів, блока живлення. Для калібрування масштабу часу в деяких типах осцилографів є генератор міток часу.

Блок-схему осцилографа наведено на рис. 1. Осцилографи застосовуються в багатьох галузях науки і техніки, зокрема в електро- і радіотехніці, механіці, акустиці, медицині, біології і т. п. Осцилограф дає змогу спостерігати процеси тривалістю 10^{-8 —} 10^-7с. Вимірювальним елементом електронного осцилографа є електронно-променева трубка, всередині якої утворюється електронний пучок, що падає на екран трубки. Розрізняють два типи трубок: з електростатичним фокусуванням електронного пучка і з магнітним фокусуванням.

Основними характеристиками електронно-променевої трубки є чутливість, яка коливається в межах 0,1—1 мм/В; область лінійності; швидкість переміщення плями на екрані, при якій ще спостерігається світіння; розміри екрана; прискорююча напруга; час тривалості після світіння. Для випромінювання електронів лише в одному напрямі катод 1 виготовляється у вигляді невеликого металевого циліндра з окремим покриттям з торця.

Металевий циліндр насаджений на фарфорову трубку, всередині якої розміщено підігрівну спіраль. Керування електронним пучком здійснюється подільником напруги, до складу якого входять резистори.

Правила техніки безпеки:

- при виконанні роботи використовуйте провідники з непошкодженою ізоляцією.

Запитання для самоконтролю:

1. Яке призначення електронного осцилографа?

2. Що називається чутливістю електронно-променевої трубки?

3. Як взаємодіє електричне і магнітне поле з електронним променем?

4. Як збудований звуковий генератор і яке його призначення?

5. Яке призначення генератора "пилкоподібної" напруги?

6. Як можна використати електронний осцилограф для вимірювання неелектричних величин?

7. Будова електронно-променевої трубки?

8. Як за допомогою осцилографа виміряти напругу постійного струму?

9. Як за допомогою осцилографа виміряти напругу змінного струму?

10. Яке призначення кожної з ручок керування роботою осцилографа?

Література:

1. І.М.Кучерук, І.Т.Горбачук. Загальна фізика. Електрика і магнетизм.К.,1990

2. C.Г. Калашников. Электричество.М.,1977

3. Физический практикум. Электричество и оптика. под. ред. В.И.Ивероновой. М., 1968

4. А.В.Кортнев,Ю.В.Рублёв,А.Н.Куценко.Практикум по физике .М., 1963

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 12

Дослідження фігур Лісажу та вимірювання швидкості поширення звуку в повітрі за допомогою осцилографа.

Мета роботи:

1. Ознайомитись з методикою використання осцилографа для дослідження гармонійних коливань та їх додавання.

2. Навчитись одержувати фігури Лісажу на екрані осцилографа для різних співвідношень частот.

3. Навчитись вимірювати швидкість поширення звуку в повітрі методом фігур Лісажу .

Прилади і матеріали:

Осцилограф Н 3013; звуковий генератор - 2 штуки; динамік; мікрофон; лінійка з міліметровими поділками довжиною 50-70 см; з'єднувальні провідники; вимірювальна лава з підставками для закріплення динаміка і мікрофона.

Завдання до лабораторної роботи:

а) при домашній підготовці:

1. Вивчити будову осцилографа Н 3013, звукових генераторів, динаміка і мікрофона [1,2].

2. Названі прилади описати в зошиті.

3. Методичні вказівки до виконання лабораторної роботи вивчити, законспектувати, зарисувавши обов'язково обидві схеми в зошит [3,5].

4. Підготуватись до відповідей на контрольні запитання.

б) при виконанні роботи:

1. Виконання роботи здійснити за схемами, наведеними в методичній розробці про порядок виконання роботи.

Порядок виконання роботи:

1. Спостереження фігур Лісажу.

Вивчити роботу №50 по практикуму "Практикум по физике" А.В. Кортнева. Для отримання фігур Лісажу подати напругу від двох генераторів на "вход У" і "вход Х" осцилографа. Замалювати вид фігур для співвідношення частот 1 : 1, 1 : 2, 1 : 3, 1 : 4.

2. Визначення швидкості звуку в повітрі.

Схема установки показана на рис.1. ЗГ - шкільний звуковий генератор. Динамік Д живиться від звукового генератора ЗГ. Звукова хвиля досягає мікрофона К (замість мікрофона використовується динамік, напруга від якого через підвищувальний трансформатор подається на осцилограф) і породжує в його колі змінну напругу такої ж частоти, як і частота генератора. Між змінною напругою на виході звукового генератора і напругою в колі мікрофона існує зсув по фазі , який залежить від відстані між мікрофоном і динаміком. При переміщенні динаміка по вимірювальній лаві на відстань l=n, де n=1,2,... різниця фаз  змінюється на 2n. Зсув фаз  визначається по формі еліпса на осцилографі.

Так при різниці фаз  = 2n еліпс вироджується в пряму, яка проходить через першу і третю чверть координатної площини, а при  = (2n + 1) в пряму, яка проходить через другу і четверту чверть. Таким чином відстань між двома послідовними положеннями динаміка, коли еліпс вироджується в пряму, буде рівна /2 (- довжина звукової хвилі). Роботу виконують в такій послідовності. Збирають коло за малюнком. На генераторі виставляють частоту 600-800 Гц і добиваються на осцилографі, переміщуючи динамік відносно мікрофону,

Після цього збільшують відстань між динаміком і мікрофоном (переміщуючи динамік) і вимірюють відстань між двома послідовними положеннями динаміка, коли еліпс вироджується в пряму. Ця відстань буде рівна /2. Визначають довжину звукової хвилі в повітрі. Вимірювання виконуються кілька разів, змінюючи частоту звукового генератора. Швидкість звуку обраховують за формулою v=.

Обраховують похибки.

Теоретичні відомості:

Фігури Ліссажу - це траєкторії руху точки, що бере участь в двох взаємно перпендикулярних гармонічних коливаннях з кратними частотами. Якщо частоти двох взаємно перпендикулярних коливань співпадають, то фігури Ліссажу в цьому випадку мають вид кривих, наведених на рис. 2. При різниці фаз   ( ) фігури Ліссажу – це відрізки прямих.

Рис.2. Фігури Лісажу

Рис. 3. Порядок підключення приладів по схемі

Правила техніки безпеки:

- при роботі використовувати провідники з непошкодженою ізоляцією.

Запитання для самоконтролю:

1. Що називається фігурами Лісажу?

2. Яке призначення та як збудований звуковий генератор?

3. Чому зміна частоти коливань вихідної напруги звукового генератора впливає на вигляд фігур на екрані осцилографа? Що зміниться, коли поміняти місцями введення сигналу звукового генератора і змінної напруги на клемах осцилографа?

4. Яку максимальну напругу можна подавати на вхідні клеми осцилографа?

5. Чому осцилограф та звуковий генератор повинні бути заземлені?

6. Назвіть основні вузли осцилографа і звукового генератора та їх призначення.

7. В чому полягає метод визначення швидкості звуку в даній роботі?

8. Як за виглядом фігур Лісажу визначити частоту сигналу?

9. Який фізичний зміст виразу "зсув фаз"?

10. Що називається довжиною хвилі, частотою?

Література:

1. С.Г. Калашников. Електрика., 1977. ст. 399.

2. Інструкції до приладів.

3. Практикум по физике. А.В. Кортнев., 1965. Робота №50.

4. І.Т. Горбачук. Лабораторний практикум. 1992. ст. 133-137.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 14

Дослідження залежності опору лампи розжарювання від сили струму.

Мета роботи :

1. Вивчити залежність опору провідників від температури.