Практическая часть

Описание установки.Схема установки для наблюдения осциллограммы свободных колебаний показана на рис. 4.

Рис. 4. Схема установки для наблюдения затухающих колебаний.

Рис. 5. Примерная осциллограмма напряжения на конденсаторе.

КонденсаторС, катушка индуктивностиLи переменное сопротивлениеRобразуют колебательный контур с потерями. Колебания в контуре (колебания напряжения на конденсаторе) наблюдаются с помощью осциллографа. Примерный вид осциллограммы показан на рис. 5. ДиодVDпредназначен для периодического возбуждения в контуре свободных колебаний. Рассмотрим упрощенно работу этой установки. В течение положительного полупериода питающего напряжения диод открыт (его сопротивление близко к нулю) и в контур поступает энергия; контур работает в режиме вынужденных колебаний, что соответствует участкуIна рис. 5. При отрицательном полупериоде питающего напряжения диод заперт (его сопротивление очень велико) и в контуре наблюдается режим свободных затухающих колебаний (участокIIна рис. 5).

Упражнение 1. Определение периода свободных колебаний

1. Собрать колебательный контур, взяв для этого эталонную катушку с индуктивностью L= 0,001 Гн, конденсатор емкостьюС = 1,0 мкФ и потенциометрR= 30…50 Ом, чтобы наблюдать на экране осциллографа не менее 6…8 периодов свободных колебаний.

2. Подготовить к работе установку по схеме, представленной на рис.4. Конденсатор контура соединить со входом «Y» осциллографа. Подвижный контакт потенциометра поставить в верхнее положение (R= 0).

3. Включить осциллограф и на его экране добиться четкой картины затухающих колебаний, регулируя режим синхронизации, скорость развёртки и чувствительность канала. Пользуясь регулятором усиления и рукояткой смещения луча по горизонтали, установить на экране осциллографа рабочий участок осциллограммы, соответствующий свободным колебаниям.

4. Измерить частоту и период свободных колебаний.

Упражнение 2. Исследование зависимости логарифмического декремента затухания от активного сопротивления.

1. При сопротивлении потенциометра R= 0 рассчитать логарифмический декремент затуханияи собственное сопротивление потерьR₀в контуре.

Для увеличения точности вычислений рекомендуется измерять амплитудуU_m(в единицах масштаба координатной сетки на экране) не в соседних максимумах, а, например, в первом (произвольном) иZ-м максимумах. Тогдаможно вычислить по формуле:

, (11)

где U₁иU_Z– соответствующие амплитуды.

Вычислив логарифмический декремент затухания и, зная период свободных колебаний в контуре Т, найти коэффициент затухания (при сопротивлении потенциометраR= 0):

 = /T,

а затем сопротивление потерь в контуре:

R₀=2L.

2. Исследовать зависимость логарифмического декремента затухания от сопротивления и построить график этой зависимости. Сопротивление контура изменять с помощью потенциометра Rчерез каждые 0,1…0,2 Ом. При оценке затухания к сопротивлению потенциометраRнеобходимо прибавлять собственное сопротивление контураR₀.

3. Изменяя сопротивление потенциометра, по осциллограмме определить критическое сопротивление R_к, при котором наступает апериодический процесс. Сравнить полученное значениеR_кс теоретическим, рассчитанным по формуле (10).