2954

контакт Д на середину реохорда АВ и подобрать емкость бата73

реи так, чтобы раствор темного сектора в лампе был максимальным и сектор имел наиболее резкие края. Окончательную настройку на резкость краев сектора в индикаторе получить небольшим перемещением подвижного контакта Д реохорда. При наибольшем растворе сектора индикатора между точками С и Д тока нет и, следовательно, потенциалы этих точек равны. В соответствии с формулой (4) определить неизвестную ѐм-

Повторить указанные выше измерения, изменив на 1015 % в обе стороны первоначальную емкость батареи.

2. Соединить конденсаторы последовательно и измерить их ѐмкость. Сопоставить измеренную ѐмкость батареи конденсаторов с расчѐтной.

Таблица 1

12

3

1

22

3

74

3. Аналогичные измерения и расчеты провести для параллельного соединения конденсаторов.

4. Результаты измерений и вычислений занести в таб-

лицу.

Принадлежности: батарея элементов, гальванометр,

кольцевой реохорд, реостат, исследуемый источник.

Цель работы: определение ЭДС источника постоянного

тока.

Описание методики измерений

Определение ЭДС ( ) источника с помощью вольтметра всегда даѐт заниженный результат из-за падения напряжения на самом вольтметре. Лишь приближѐнно можно счи-

тать U . Для точного измерения ЭДС используется ком-

пенсационный метод.

Рассмотрим цепь, изображенную на рис.1. Здесь - батарея; X- исследуемый источник; G- гальванометр; АВкольце-

вой реохорд; R- реостат, n – нормальный элемент.

Если ЭДС исследуемого элемента меньше, чем батареи, и они включены навстречу друг другу, то на реохорде всегда

можно найти такую точку С, когда в ветви AGC результирующий ток I равен нулю.

По второму закону Кирхгофа для контура AGCA

где rX - внутреннее сопротивление батареи; RAC – сопротивление участка АС; RG- сопротивление гальванометра.

75

вращением ручки кольцевого реохорда, добьемся такого положения движка (положение D), чтобы ток через гальва-

нометр отсутствовал. Тогда выражение (2) можно перепи-

сать в виде

Ток через участок АВ остается прежним, т.к. в ветви, в которую включѐн гальванометр, тока нет. Разделив (2) на (3), получим:

x n RAC RAD .

Ввиду того, что проволока на участке АВ калиброванная, можно записать:

RAC AC l1 ,

RAD AD l2

76

где l1 и l2 – длины участков АС и АД в произвольных единицах. Поэтому

Зная n и измерив АС = l1 и АД = l2 , по формуле (4) вы-

числяем искомую ЭДС - X.

В качестве эталона ЭДС часто используется ртутно-

кадмиевый нормальный элемент Вестона. Он состоит из стеклянного сосуда, имеющего форму буквы Н (рис.2). В нижней части впаяны платиновые электроды, соединенные с зажимами. Положительным полюсом служит ртуть, отрицательным – амальгама кадмия. Электролитом является насыщенный раствор CdSO4, а деполяризатором – серно-кислая закись ртути Hg2SO4.

ЭДС нормального элемента очень мало меняется со временем, т.к. мала поляризация, и мало меняется с температу-

Рис.2

рой. При 20 С она равна 1,0183 В.

Ввиду постоянства ЭДС нормального элемента ее удобно сравнивать с другими неизвестными ЭДС. Поэтому такой элемент применяется исключительно в компенсационных

77

схемах. В целях обеспечения постоянства ЭДС нормального элемента нельзя брать токи свыше 10-5-10-6А

.

Порядок выполнения работы

1.Собирают схему (рис.1). Необходимо следить за правильным подключением полюсов батарей и исследуемого элемента к реохорду (подключать к точке А одноименными полюсами).

2.Устанавливают движок кольцевого реостата вблизи среднего положения и, включая на короткие промежутки вре-

мени ключи К1 и К2, добиваются передвижением ползунка реохорда отсутствия тока через гальванометр.

3. Добившись отсутствия тока через гальванометр при

включенном элементе X, записывают l1 и переключателем П включают нормальный элемент. Для него также находят положение движка реохорда при котором гальванометр показывает отсутствие тока.

4. Вычисляют ЭДС исследуемого элемента по формуле

5.Аналогичные измерения производят 5 раз при различных значениях сопротивления R и определяют среднее значение ЭДС.

6.Результаты оформляют в виде таблицы и вычисляют погрешности.

Таблица

78

2.5.ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОГО ОСЦИЛЛОГРАФА

ИИЗМЕРЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

Принадлежности: электронный осциллограф типа С172, генератор стандартных сигналов, цифровой вольтметр.

Цель работы: ознакомление с устройством осциллографа и выполнение измерений некоторых характеристик электрических сигналов.

Электронный осциллограф

Электронный осциллограф предназначен для исследо- вания электрических процессов путем визуального наблюдения и измерения целого ряда их характеристик.

Современные методы позволяют преобразовывать самые разнообразные переменные физические величины в пропорциональные им электрические напряжения. Благодаря этому осциллограф может применяться для изучения функциональных зависимостей между любыми физическими величинами – не только электрическими, но и механическими, тепловыми, световыми и др. Чаще всего применяют осциллограф для изучения зависимости различных величин от времени.

Широкое применение осциллограф получил при исследовании и налаживании различных электрических и особенно радиотехнических схем, так как он позволяет непосредственно наблюдать происходящие в них процессы. Кроме того, осциллограф является наиболее удобным прибором для измерения частоты, разности фаз, мощности и т.д. Осциллограф можно использовать также в качестве пикового вольтметра для измерения напряжения и тока, хотя точность прямых измерений напряжения с помощью осциллографа невелика.

Однако важные преимущества осциллографа – безинерционность, возможность применения его в очень

79

широком диапазоне частот и для напряжений любой формы, а главное – одновременно с измерением пикового (амплитудного) значения наблюдать форму временной зависимости напряжения, во многих случаях полностью искупают недостаток точности измерений.

Основным элементом осциллографа является элек- тронно-лучевая трубка (ЭЛТ). Она представляет собой стеклянную колбу, откаченную до высокого вакуума, и состоит из электронной пушки, которая ускоряет и фокусирует электроны, отклоняющей системы и индикатора электронного луча. По способу управления электронным пучком различают трубки двух типов: трубки с магнитным управлением, применяемые обычно в телевизионных устройствах, и трубки с электро-

статическим управлением, применяемые в осциллографе.

На рис. 1 приведена схема электронной пушки и отклоняющей системы ЭЛТ.

Рис. 1

Электроны излучаются подогревным катодом 1, которой имеет форму цилиндрика, закрытого с одной стороны маленькой пластинкой. Пластинка, покрытая окислами бария или стронция, испускает электронный поток достаточно большой интенсивности. Катод окружен цилиндром 2 с малым отверстием в центре. Этот внешний цилиндр называют управляющей сеткой (или модулятором).Электроны, вылетающие из отверстия модулятора как из точечного источника,

укоряются двумя последовательно расположенными цилинд80

рическими анодами 3 и 4. Первый анод 3 имеет несколько диафрагм с центральными отверстиями и предназначен прежде всего для фокусировки электронного потока. Второй анод 4 является ускоряющим и также имеет пару диафрагм, служащих для дальнейшей коллимации (ограничения) электронного пучка. Электрическое поле анодов действует на электронный поток как электронно-оптическая система линз. Эту часть трубки называют электронным прожектором.

Для дальнейшего ускорения движения электронов в ЭЛТ имеется третий анод в виде проводящего графитового покрытия, нанесенного на внутреннюю поверхность конического раструба стеклянного баллона. На третий анод подается положительное напряжение с потенциалом, более высоким, чем на втором аноде. Иногда третий анод путем электрических

контактов внутренне связан со вторым анодом и имеет одина-

ковый с ним потенциал 1, равном примерно 0,25 2.

Экран ЭЛТ с внутренней стороны покрывают флуоресцирующим материалом (вилемитом, сернистым цинком, фосфорами и др.). Падающий на экран пучок электронов приводит активные центры покрытия в возбужденное состояние. Возбужденные электроны активных центров переходят на более низкие энергетические уровни, испуская световые кванты.

Когда электронный пучок ударяется об экран, выбиваются свободные электроны, называемые вторичными электронами. Вторичные электроны собираются на проводящем коллоидном графитовом покрытии и движутся к положительному электроду, создавая электрический ток. Этот процесс приводит к нейтрализации экрана.

Две пары управляющих пластин электростатической ЭЛТ отклоняют электронный луч в двух взаимно перпендикулярных направлениях. ЭЛТ обычно ориентирована так, что одна пара отклоняющих пластин дает вертикальное отклонение пятна, вторая же пара пластин отклоняет пятно в

81

горизонтальном направлении. Схема отклонения пластинами электронного пучка показана на рис. 2.

z

х

Рис.2

Если второй анод электронной пушки имеет потенциал

, то электроны попадают в область отклоняющих пластин со скоростью, которая определяется соотношением

Если d – разность потенциалов между отклоняющими

пластинами, расстояние между которыми d, то величина отклоняющего поля

а поперечная скорость электронов равна при выходе из отклоняющих пластин

где t – время пребывания электрона в поле между пластинами.

После того, как электронный поток покидает область отклонения, он движется по прямой линии, касательной к траектории в точке, где электронный пучок покинул область

82

где L – расстояние от пластины до экрана.

Выражение (5) позволяет определить чувствительность j ЭЛТ к напряжению в направлениях осей Х и У: