Упражнение 2
В этом упражнении исследуется процесс релаксации заряда конденсатора емкостью C = 0,1 мкФ. В технике широко используются конденсаторы и еще меньшей емкости. Постоянная времени для такого конденсатора даже при R = 1 МОм = 106 Ом составляет доли секунды. Поэтому процессы зарядки и разрядки происходят настолько быстро, что исследовать эти процессы визуально при помощи обычных вольтметров и амперметров, как это было сделано в упражнении 1, не удается. Для наблюдения быстропротекающих процессов в электрических цепях используется электронный осциллограф.
Источник питания, вольтметр и цифровой миллиамперметр выключите. Установите тумблеры на измерительном стенде в положения "Упр.2" и "Выкл.". Сопротивление магазина установите равным R = 1000 Ом.
На осциллографе переключатель "TIME/DIV" установите в положение 0,2 мс. При этом каждое большое деление по горизонтальной оси экрана осциллографа будет соответствовать временному интервалу 0,2 мс. Переключатель "V/DIV" установите в положение 0,5. Тогда каждое деление по вертикальной оси осциллографа будет соответствовать напряжению 0,5 В. Этим задается масштаб по координатным осям на экране осциллографа. При необходимости масштаб можно изменить. Включите осциллограф.
На генераторе установите частоту следования прямоугольных импульсов f = 103 Гц (переключатель "FACTOR" - "множитель" в положении 102, переключатель "FREQUENZ" - в положении 10). Включите генератор и ручку "AUSGANG" ("Выход") установите в среднее положение. Этой ручкой регулируется амплитуда импульсов напряжения.
На экране осциллографа Вы должны наблюдать прямоугольные импульсы напряжения на резисторе R, период повторения и амплитуда которых определяются установками генератора. Убедитесь в этом, меняя положения переключателя "FREQUENZ" и ручки "AUSGANG". Зная масштаб по оси времени на экране осциллографа, измерьте период повторения импульсов. Он должен совпасть со значением, вычисленным по формуле T = 1/f , где f - частота , установленная на генераторе. Меняя масштаб по оси времени переключателем "TIME/DIV", можно "растянуть" картинку и более детально пронаблюдать передний или задний фронт импульса.
Тумблер на стенде переведите в положение "Вкл." При этом в схему подключается конденсатор. Полупроводниковый диод обладает малым сопротивлением при одном направлении тока (происходит зарядка конденсатора) и очень большим сопротивлением при противоположном направлении тока. Поэтому конденсатор разряжается не через диод, а через резистор R (его роль выполняет магазин сопротивлений). На экране Вы будете наблюдать зависимость напряжения на конденсаторе от времени при зарядке-разрядке конденсатора. Постоянную времени разрядки конденсатора следует измерить при помощи осциллографа. Для этого можно определить время, за которое напряжение на конденсаторе уменьшается в e раз. По результатам таких измерений определите емкость конденсатора. Повторите измерения для R = 5 кОм. Определите погрешность измерений.