Описание установки
Исследование затухающих колебаний в замкнутом колебательном контуре проводят на установке, собранной по схеме, приведенной на рис 5. Установка размещена на панели, укрепленной вертикально на рабочем столе.
Колебательный контур содержит катушку индуктивности L, набор конденсаторов С, позволяющий изменять ёмкость контура, и набор сопротивлений R, с помощью которого изменяют параметры контура, изучая процессы в нем как при R < RK, так и при R > RK. Индуктивность катушки L = 210-3 Гн. При проведении опытов она остаётся постоянной.
Колебательный контур соединяется с генератором прямоугольных импульсов ГИ, запитанного от источника постоянного напряжения. Импульс напряжения, поступающего от ГИ, попадает в контур, вызывая в нем быструю зарядку конденсатора С и последующую разрядку через катушку индуктивности L и активное сопротивление R. Если подобрать период колебаний посылки импульсов генератора ГИ равным или несколько большим времени затухания колебаний в контуре, то за каждый такой период конденсатор С будет заряжаться от генератора импульсов только один раз. В этом случае колебания в контуре будут происходить самостоятельно за счет порции запасенной энергии.
Параметры, характеризующие процессы происходящие в колебательном контуре, можно наблюдать с помощью осциллографа. Для визуального наблюдения затухающих колебаний в контуре (рис.5) вход по Y осциллографа подключен к катушке L и при определенной частоте генератора развертки можно наблюдать зависимость Uc = f(t). Вход по Y и клемма "земля" осциллографа в первой и второй частях работы остаются подключенными к колебательному контуру.
К выходу "X" на задней стенке осцилографа
Для наблюдения на экране осциллографа фазовой кривой (рис.6) достаточно выход X осциллографа, расположенный на его задней части корпуса, подключить к точке соединения конденсатора С с активным сопротивлением R, т.е. к средней клемме. Генератор развертки должен быть отключен. Для этого необходимо переключатель "развертка" установить в промежуточном положении между оцифровкой 0,1 и 0,2, и величину активного сопротивления установить 8 Ом. Изменяя величину емкости С можно наблюдать изменение характеристик эпициклоиды. Для установки симметрии картины на экране, используют положения "1" и "2" переключателя "усилитель".
Порядок выполнения работы
Ознакомиться с элементами схемы и органами управления осциллографа.
Включить с помощью переключателя, расположенного в левой части па нели, какое-либо сопротивление R из набора сопротивлений (например 8 Ом) и какой-либо конденсатор С из набора конденсаторов (0,1 мкФ;0,06 мкФ; 0,04 мкФ).
Включить осциллограф в сеть 220 В, и источник напряжения (8 В), распо ложенный в торцевой части приборной стойки. Отрегулировать яркость свечения экрана осциллографа и установить горизонтальную светящуюся линию по центру экрана осциллографа. Установить переключатель часто ты развертки в положение миллисекунды (ms), переключатель синхрони- зации сигнала в положение (внутренняя), и переключатель (усилитель) в положение 1 или 0,5 В/дел. Вращая ручки управления положения луча на экране осциллографа установить картину затухающих колебаний, анало- гичной той, которая приведена на рис.2.
Переключатель величины сопротивления на панели установить на величи- ну 2 Ом и переключатель величины емкости в положение мкФ. Получен- ную картину затухающих колебаний перенести с экрана осциллографа на кальку.
Измерить с точностью до 1 мм соседние амплитуды, отстающие друг от друга по времени на период. Измерения произвести 3 раза для каждой па- ры амплитуд: Ucm1 и Ucm2; Ucm2 и Ucm3; Ucm3 и Ucm4, перемещая картину за- тухающих колебаний по горизонтали с помощью ручки управления поло- жения луча. Для каждой пары измеренных амплитуд Ucm рассчитать по формуле (10) логарифмический декремент затухания и его среднее значе- ние. Полученные результаты расчетов занести в таблицу.
По формуле (9) рассчитать период затухающих колебаний и по формулам (13) и (19) рассчитать добротность контура при разных значениях R. При каждом значении активного сопротивления контура R2 = 4 Ом; R3 = 8 Ом и R4 = 16 Ом повторить операции, описанные в пунктах 5 и 6. Результаты измерений и расчетов занести в таблицу.
Рассчитать по формуле (21) величину критического сопротивления для использованных в работе значений емкостей и индуктивности контура.
Для наблюдения фазовой кривой выполнить соединение выхода сигнала развертки по х х с средней клеммой, расположенной в правой части пане- ли. Ручку „развертка” установить в промежуточное значение между оциф- ровками 0,1 и 0,2. При этом сигнал на экране осциллографа установить по центру экрана и включить активное сопротивление R = 8 Ом. Переключа- тель "усилитель по Y" установить в положение 1. Зарисовать полученную фазовую кривую на кальку, по которой измерить две последовательные
амплитуды Ucm так как это показано на рис.4а и определить логарифмический декремент затухания.
9. Включив R = 16 Ом, близкое к значению RK, проследить изменение фазовой кривой для критического режима изучаемого контура, равное RK, наблюдать фазовую кривую для критического режима изучаемого контура.
Ю.Построить график зависимости δ =f(R).
11.Изменить емкость контура на иное, меньшее по величине значение и повторить измерения, расчеты и наблюдения, описанные в п.п. 8 и 9.
12.По завершению работы выключить осциллограф и выпрямитель из сети.
Таблица
|
|
|
|
|
|
|
|
| |||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
| ||||||||||||||||||
Объясните назначение всех элементов установки для изучения свобод- ных колебаний в контуре.
Каким образом происходит первоначальная зарядка конденсатора? Какова роль генератора развёртки в этом процессе?
Как практически определить логарифмический декремент затуха- ния?(два способа).
Каким образом следует добиться картины затухающих колебаний на экране осциллографа?
Как получить фазовую кривую на экране осциллографа?
Объяснить смысл формул для определения периода свободных колеба- ний контура, его добротность и величины критического сопротивле- ния.