Практические задания

1. Определение параметров воздушного конденсатора.

Д

ля выполнения дальнейших расчетов необходимо знать площадь пластин конденсатораSи расстояние между нимиd(Рис. 1). Определение площади не вызывает затруднений, достаточно измерить длину и ширину пластин и рассчитать площадьS. Для определения расстояния между пластинами конденсатора с необходимой точностью приходится при помощи моста переменного тока определить емкость конденсатораC₀и рассчитать расстояние между пластинами по формуле:

.

2. Определение емкости плоского конденсатора с диэлектрической пластиной и расчет диэлектрической проницаемости.

П

33

лоский конденсатор с диэлектрической пластиной можно представить в виде эквивалентной схемы, содержащей три конденсатора, соединенные так, как показано на (Рис. 2). Результирующая емкость такого конденсатора может быть рассчитана по формуле:

,

и может быть измерена экспериментально. Емкость каждого из конденсаторов эквивалентной схемы можно определить теоретически по приведенным выше формулам:

,

где S_диx– площадь и толщина диэлектрической пластины.

Далее, из формулы полной емкости выводится формула для расчета емкости конденсатора с диэлектриком C_д:

,

куда подставляются рассчитанные емкости C₁,C₂и измеренная емкостьC, после чего определяется диэлектрическая проницаемость диэлектрика:

.

Определить диэлектрическую проницаемость всех предложенных в работе диэлектриков и проанализировать их сравнительную способность поляризоваться во внешнем электрическом поле.

Вопросы к зачету по работе.

• Чем отличаются неполярные диэлектрики от полярных?

• В чем заключается физический механизм поляризации диэлектриков?

• Чему равна общая емкость последовательно и параллельно соединенных конденсаторов?

• Как рассчитать емкость смешанного соединения конденсаторов?

• Ч

  34

  то характеризует диэлектрическая проницаемость диэлектрика?

Лабораторная работа № 8

Изучение электронно-лучевого осциллографа

Цель работы.

Изучить устройство, принцип действия, возможности и рабочие характеристики электронно-лучевого осциллографа С1-83.

Знания, необходимые для допуска к работе.

• Закономерности движения заряженных частиц в электрическом поле;

• Устройство и органы управления электронно-лучевого осциллографа;

Краткие сведения из теории.

Электронный осциллограф является универсальным электроизмерительным прибором, позволяющим изучать быстропеременные процессы, снимать зависимости электрических величин от времени и одних электрических величин от других. Кроме того, осциллограф дает возможность изучать неэлектрические процессы при использовании преобразователей неэлектрических величин в электрические. Так как в осциллографе используется электронный луч, осциллограф обладает высокой чувствительностью и практическим отсутствием инерционности.

О

сциллограф состоит из следующих основных блоков (Рис. 1):

• электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) с органами управления лучом;

• блок управления канала вертикального отклонения луча ("Y");

• блок управления канала горизонтального отклонения луча ("X");

• генератор временной развертки, включающий блок синхронизации;

• б

  35

  лок питания (трансформатор и выпрямитель).

Э

36

лектронно-лучевая трубка представляет собой стеклянную, откачанную до высокого вакуума колбу с находящимися внутри электронной пушкой, отклоняющими пластинами и экраном, покрытым флюоресцирующим веществом (Рис. 2). Электронная пушка служит для создания тонкого пучка электронов (электронного луча) и состоит из подогреваемого катода "1", управляющего электрода "2", первого (фокусирующего) "3" и второго (ускоряющего) "4" анодов. При нагревании катода вылетающие из него электроны попадают в ускоряющее электрическое поле, созданное подачей разности потенциалов порядка 15 кВ между катодом и вторым анодом. На пути электронов располагается управляющий электрод, на который подается отрицательный по отношению к катоду потенциал. Изменяя величину этого потенциала можно электрическим полем Е_упр регулировать количество электронов, вылетающих из катода, и, тем самым, управлять яркостью свечения картинки на экране трубки. Далее электроны попадают в область неоднородного поля вблизи отверстий между управляющим электродом и первым анодом, действующую как собирающая линза. Расходящийся электронный пучок собирается в точку вблизи первого анода. Первый анод представляет собой цилиндр, состоящий из нескольких диафрагм, выделяющих из всего потока электронов более тонкий пучок, который далее фокусируется полем в области между первым и вторым анодом и образует четкую картинку на экране. Меняя величину потенциала на первом аноде, можно менять "фокусное расстояние" системы анодов, и, соответственно, настраивать фокусировку изображения.

Блок управления канала "Y" состоит из входного ступенчатого делителя напряжения с плавным потенциометром (реохордом), собственно усилителя исследуемого сигнала, а также системы смещения луча по вертикальной оси, представляющей собой потенциометр "", с которого подается разность потенциалов на пластины вертикального отклонения луча. Так как на электрон, пролетающий между пластинами, действует сила, он будет отклоняться от прямолинейной траектории, и угол отклонения (смещение луча по оси) будет пропорционален разности потенциалов на пластинах, где _y – чувствительность трубки по оси "Y". Зная  _y, можно производить измерения напряжения u_y по величине отклонения луча, но в современных осциллографах, как правило, переключатель входного делителя напряжения уже откалиброван в единицах mV/деление или V/деление и знания чувствительности не требуется.

Блок управление каналом "Х" в целом аналогичен блоку управления каналом "Y". Он используется для снятия вольт-вольтовых характеристик электронных приборов или физических явлений. В этом случае он подключается к пластинам горизонтального отклонения луча и органы управления усилением и смещением "" выполняют соответствующие их названиям функции. Измерения напряжения также аналогичны:.

Д

37

ля снятия временных характеристик, отражающих течение физических процессов во времени блок управления каналом "Х" отключается и на пластины горизонтального отклонения с генератора временной развертки подается сигнал специальной формы (Рис. 3). Иногда его называют генератором пилообразного напряжения. Так как смещение луча пропорционально напряжению на отклоняющих пластинах, линейно меняющемуся со временем, , то луч за большую часть периода будет равномерно смещаться по горизонтали, а потом практически мгновенно возвращаться в крайнее левое положение и снова двигаться вправо. Варьируя амплитуду пилообразного сигнала можно регулировать горизонтальный размер осциллограммы. Периодичность движения луча позволяет наблюдать на экране осциллографа быстро повторяющиеся процессы в стационарном виде. Для этого необходимо подобрать период развертки так, чтобы он был кратен целому числу периодов исследуемого сигнала или использовать режим синхронизации, который искусственно задерживает начало следующего периода развертки, пока фаза исследуемого сигнала не станет равна первоначальной. Измерения времени по отклонению луча по горизонтали также не представляют сложности, так как регулятор периода развертки, как правило, откалиброван в единицах ms/деление илиs/деление.

В двухлучевых осциллографах блок управления каналом "Х" при снятии временных характеристик часто используется как дополнительный блок канала "Y", и тогда они маркируются, соответственно, "Y1" и "Y2".