Экспериментальная установка и методика измерений

Принципиальная схема экспериментальной установки изображена на рис. 5.5.

Рис.5.5. Схема установки:

преобразователь импульсов; магазин сопротивлений;модуль с колебательным контуром;генератор звуковых сигналов;источник питания; 6 – осциллограф

В работе для получения колебаний в контуре используется модуль 3 с контуром, изображенным на рис. 5.6.

П

роисходящие в контуре затухающие колебания (см. рис. 5.2) наблюдаются на экране осциллографа. Цикл заряжения и разряжения конденсатора длитсяc, где частота, задаваемая звуковым генератором. На экране осциллографа ему соответствует отрезокl₁. Это позволяет определить период Т затухающих колебаний, которому на рис. 5.2 соответствует отрезок l. Из пропорции получаем:

. (5.14)

Задание 1. Измерение периода, логарифмического декремента и параметров L, С, R колебательного контура.

1. Ознакомиться с работой звукового генератора и электронного осциллографа в режиме измерения амплитуды синусоидального напряжения и получения фигур Лиссажу.

2. Подготовить приборы к работе:

а) установить следующие параметры выходного напряжения звукового генератора: частота 250 Гц, напряжение 2-3 В;

б) на преобразователе импульсов 1 нажать клавишу «П» и правую клавишу «скважность грубо»;

в) ручку магазина сопротивлений поставить в положение «I» и нажать клавишу «».

3. Включить лабораторный стенд и приборы.

4. Получить на экране осциллографа устойчивую картину колебаний (см. рис. 5.2).

5. Измерить расстояния l, l₁ и вычислить период колебаний по (5.14).

6. Измерить амплитуду колебаний V₁₀, V₂₀, V₃₀ и, комбинируя их попарно, вычислить по (5.9) логарифмический декремент затухания . По (5.10) определить коэффициент затухания . Результаты измерений и расчетов занести в таблицу.

7. Выполнить измерения (п. 5, 6), включив в магазине сопротивления 100, 300, 500, 600 Ом.

Обработка результатов

1. Построить график зависимости логарифмического декремента затухания  от сопротивления R_М магазина (рис. 5.7) методом наименьших квадратов, откладывая значения R_М по оси абсцисс от произвольной точки О и экстраполируя график к =0. Полное сопротивление контура R складывается из сопротивления R_К катушки самоиндукции и сопротивления магазина R_М: . Поэтому согласно (5.10)

, (5.15)

и

Рис. 5.7. Зависимость

сопротивлениеR_К, очевидно, определяется по графику (рис. 5.7).

2. Используя найденное вначале R_К и значение периода Т, найденное ранее по (5.14), вычислить индуктивность по (5.15), а затем емкость по(5.11).

3. Подобрать сопротивление магазина сопротивлений R_МК, при котором наблюдается апериодический разряд конденсатора. Согласно (5.8) должно быть . Проверить расчетом это соотношение.

Задание 2. Исследование фазовых кривых.

Для наблюдения на экране фазовой кривой на вертикально отклоняющие пластины осциллографа подают напряжение с обкладок конденсатора. Пропорциональное току напряжение подают с клемм магазина сопротивлений на горизонтально отклоняющие пластины. Таким образом, на экране осциллографа изображается зависимость напряжения V на обкладках конденсатора от тока I в контуре.

1. Включить осциллограф. Получить на экране фазовую кривую.

2. Установить картину в центре экрана.

3. Вращая ручку магазина сопротивлений, получить фазовые кривые при различных сопротивлениях.

Обработка результатов

1. Измерить значения напряжения, разделенные периодом времени, т.е. расстояния от центра фазовой кривой до точки пересечения витков спирали с осью напряжения V, и вычислить логарифмический декремент затухания:

.

Аналогичным образом вычислить логарифмический декремент по значениям тока I, разделенным периодом времени:

.

Измерения выполнить по всем виткам фазовой кривой. Результат записать в таблицу.

2. Зарисовать фазовую кривую при апериодическом разряде конденсатора.