2.Описание экспериментальной установки и методика измерения

2.1. Принципиальная схема эксперимента

Принципиальная схема эксперимента приведена на рисунке 7. В положении 1 ключа конденсаторзаряжается отрицательным зарядом от источника, а в положении 2 – разряжается через сопротивление. Диаграммы напряжений на емкости и резисторе приведены на рисунке 8.

При переводе ключа в положение 1 конденсатор начинает заряжаться, и на его верхней обкладке накапливаются отрицательные заряды; при этом через резистортечет ток, который создает в нем отрицательное падение напряжения. При переключениив положение 2 конденсатор начинает разряжаться через тот же резистор, но полярность напряжения на резисторе меняется на обратную.

Соответствующая временная зависимость напряжения на емкости приведена на нижней диаграмме рисунка 8.

Форма временных зависимостей напряжений определяется постоянной времени цепи . На диаграммах рисунка 8 сплошными линиями изображены эти зависимости при(– время переключения), а пунктирными линиями изображены зависимости, соответствующие.

Указанные зависимости для иможно объяснить так же из уравнения (11).

Рассмотрим случай . Поскольку в этом случае время заряда конденсатора значительно меньше времени переключения, то за время переключения напряжение на конденсаторе существенно не изменится и его можно приближенно считать равным нулю. В этом случае напряжение на сопротивлении примерно равняется. Поэтому цепь, приведенная на рисунке 9, называетсяпереходной.

>>

Рис. 9.

При тех же условиях напряжение на емкости можно найти из выражения . Так как в этом случае ток, заряжающий конденсатор, равен, то заряд на конденсаторе равен:

, (19)

а напряжение на конденсаторе:

. (20)

Поэтому цепь, приведенная на рисунке 10, в которой напряжение снимается с обкладок конденсатора, называется интегрирующей.

Для противоположного условия напряжение на емкости в уравнении (11) можно приближенно считать равным, поскольку при этом конденсатор успевает зарядиться.

Из условия , имея в виду уравнение (13), получим:

. (21)

Тогда напряжение на резисторе равно:

. (22)

Поэтому цепь, изображенная на рисунке 11, называется дифференцирующей.

2.2. Описание сменной платы

Принципиальная схема сменной платы приведена на рисунке 12.

Вотличие от схемы, приведенной на рисунке 7, в этой схеме в качестве ключейииспользуются быстродействующие магнитные реле – герконы (рисунок 13). На обмотке реле через диодыиподается переменное напряжение частотой 50 Гц.

Поскольку диоды ивключены в противоположных направлениях, то токи через обмоткиипротекают в разные полупериоды переменного напряжения. Поэтому в каждый момент времени может быть замкнут только один из двух ключей. При замыканииконденсатор заряжается через резисторыи, а при замыкании– разряжается через переменное сопротивление. Тумблерслужит для подключения к общей шине или резистора, или конденсатора, что соответствует схеме, приведенной на рисунке 11, или схеме, приведенной на рисунке 10.

2.3. Выполнение измерений

В настоящей работе определяется постоянная времени по зависимости напряжения на элементах от времени, которая определяется по осциллограмме разряда конденсатора. Т.к. при замыкании разряд конденсатора идет через переменное сопротивление, то постоянная времени определяется произведением величины переменного сопротивленияна емкость конденсатора. Постоянная времени заряда отличается от постоянной времени разряда, т.к. зарядный ток протекает не только через резистор, но и через резистор.

Как видно из рисунка 8, разряд конденсатора соответствует положительным перепадам напряжений на резисторе и конденсаторе.

Определение постоянной времени удобно выполнять, снимая зависимость напряжения на резисторе от времени. Для этого, подключив тумблеромпеременный резистор к общей шине, подать напряжение с него (точка «4») на вход «» осциллографа и засинхронизировать осциллограф положительным перепадом напряжения. При этом на экране осциллографа должна наблюдаться осциллограмма, приведенная на рисунке 14.

Для определения воспользуемся формулой (9), из которой следует:

, (26)

где – значение напряжения в начальный момент времени, которое определяется при малых, как показано на рисунке 14. Определяя по осциллограммев разные моменты времени и построив график зависимости, (24) по тангенсу его наклона определяют значение постоянной времени.

Для измерения сопротивления сменную плату выдвигают из разъема стенда, при этом ключииоказываются разомкнутыми. Величина переменного сопротивленияизмеряется омметром, включенным между точками «4» и «3» сменной платы. Значение емкостиуказано на сменной плате.