Описание экспериментальной установки

Основной частью осциллографа является электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). В ее торце расположена электронная пушка, испускающая поток электронов на переднюю стенку трубки. Стенка изнутри покрыта люминофором, светящимся при попадании электрона. При включении электронной пушки на передней стенке ЭЛТ наблюдается светящаяся точка. При движении электроны проходят между двумя парами пластин. Если на пластины подана разность потенциалов, то электроны отклоняются в электрическом поле между пластинами. На передней стенке ЭЛТ светящаяся точка смещается. Если на пластины подано переменное напряжение, то точка на экране будет совершать колебания с частотой, равной частоте поданного напряжения. Вторая пара пластин расположена перпендикулярно первой. При подаче напряжения на вторую пару светящаяся точка на экране будет совершать колебания в направлении, перпендикулярном первому. Напряжение на пластины подается от внешнего источника (обычно на передней панели осциллографа имеется «Вход Х» и «Вход Y»).

Если на горизонтально и вертикально отклоняющие пластины одновременно подать два сигнала, то на экране осциллографа будет наблюдаться картина сложения колебаний. Если отношение частот этих колебаний есть отношение целых чисел, то на экране получается устойчивая картина сложения взаимно перпендикулярных колебаний, т.е. фигура Лиссажу.

Измерения и обработка результатов

Задание 1.Изучение траекторий материальной точки при сложении взаимно перпендикулярных колебаний с различными частотами и амплитудами.

1. На «Вход Х» и «Вход Y» осциллографа подайте переменное напряжение от генераторов.

2. Изменяя частоты на выходах генераторов, наблюдайте фигуры Лиссажу на экране осциллографа.

3. Зарисуйте фигуры Лиссажу при соотношениях частот 1:2, 2:3, 3:4, 1:1, 4:3, 3:2, 2:1.

Задание 2. Изучение биений.

1. Подайте сигнал от обоих генераторов на вертикально отклоняющие пластины «Вход Y».

2. Установите на генераторах близкие по значению частоты.

3. Используя регулятор развертки на осциллографе, добейтесь развернутой картины сложения колебаний одного направления.

4. Изменяя частоты сигналов, наблюдайте и объясните изменение картины биений.

5. Сделайте вывод.

Задание 3.Найти уравнение кривых, полученных при сложении взаимно перпендикулярных колебаний с одинаковыми частотами.

1. На оба входа осциллографа подайте от генераторов сигналы частотой 100 Гц.

2. Установите амплитуду сигнала, поданного на горизонтально отклоняющие пластины осциллографа, равной 20 мм, а амплитуду сигнала, поданного на вертикально отклоняющие пластины осциллографа, равной 10 мм. При этом добейтесь устойчивой картины на экране.

3. Измерьте ии подставьте их в формулу (8).

4. Вычертите траекторию полученной кривой.

5. Исследуйте случай, когда эллипс вырождается в прямую. Устойчиво на экране это получить трудно. Поэтому фиксируйте моменты, когда эллипс, медленно смещаясь на экране, сливается в прямую.

6. Измерьте ии подставить их в формулу (7а). При этом учтите, что прямая получается в двух случаях, поэтому при измерениях учитывайте знаки.

7. Зарисуйте полученные линии.

8. Повторите для амплитуды по оси Х равной 15 мм, по оси Y – 25 мм.

9. Вычертите полученные фигуры.

10. Установите равные амплитуды обоих сигналов и найдите уравнение получившейся кривой. Вычертите ее.