Опис лабораторної установки

Схему лабораторної установки показано на рис. 5. Основним приладом установки є осцилограф. Основою осцилографа є електронно-променева трубка з електростатичною фокусувальною системою і системою керування електронним променем (рис. 6). Трубка є скляним балоном, в якому створено вакуум і розміщено електронну гармату (складається з підігрівного катода К, керуючого електрода КЕ, фокусувального А₁ та прискорювального А₂ анодів) та систему електродів, що відхиляють електрони (дві пари пластин П_x і П_y, розташованих взаємно перпендикулярно). На дно балона (екран) нанесено шар люмінофора, який світиться внаслідок бомбардування електронами. Система пластин П_x і П_y служить для керування положенням електронного променя в просторі завдяки зміні напруги на пластинах. Осцилографи дають можливість спостерігати та фотографувати швидкоплинні процеси тривалістю 10^-6−10^-7с, вимірювати напругу, часові інтервали, частоти та інші фізичні величини.

Якщо на вертикальні пластини трубки осцилографа подати напругу, яка змінюється за законом

, (11)

одержимо синосоїдальну розгортку.

Миттєве значення відхилення променя по горизонталі

, (12)

де u_ox – амплітудне значення напруги часової розгортки; h_x – чутливість трубки в горизонтальному напрямі (, h– відхилення променя); А₁ – амплітуда відхилення променя.

Якщо на горизонтальні пластини трубки подати напругу тієї самої частоти, що і на вертикальні, але які мають початковий зсув по фазі

, (13)

то миттєве значення відхилення променя по вертикалі

, (14)

де u_oy – амплітудне значення напруги; h_y – чутливість трубки у вертикальному напрямі; A₂ – амплітуда відхилення променя.

Формули (12) та (14) тотожні формулам (1) та (2), тільки описують електромагнітні гармонічні коливання. Слід електронного променя на екрані в загальному випадку рухатиметься по еліпсу.

Нехай зсув фаз  викликаний включенням у коло ємності С. Його можна знайти з рівняння (6).

Для точок перетину еліпса з осями координат це рівняння має такий вигляд:

для x=0 , (15)

для y=0 . (16)

Отже, вимірюючи y і А₂ або x і А₁ (рис. 7) можна знайти .

З іншого боку, відомо, що у колі, складеному з опору та конденсатора, спади напруги на активному опорі R

, (17)

і на конденсаторі С

. (18)

Повна напруга у колі

. (19)

Оскільки спад напруги на конденсаторі відстає за фазою від спаду напруги на активному опорі на , то векторна діаграма має вигляд, показаний на рис. 8.

Видно, що

, (20)

де

, (21)

а Гц– частота зміни струму та напруги в електромережі.

Отже, змінюючи R або С, можна змінювати різницю початкових фаз .

Якщо подати на відхильні пластини дві гармонічні напруги з різними частотами, то слід електронного променя на екрані буде описувати фігури Ліссажу. Вигляд траекторії залежатиме від відношення частот і.

Хід роботи

Прилади і обладнання: електронно-променевий осцилограф С1-5; звуковий генератор ЗГ; випрямляч ВУП-2; магазин опорів R; конденсатор С; перемикач P.

Додавання коливань однакових частот:

1. Включити осцилограф тумблером “Сеть”. Дати деякий час для розігрівання радіоламп осцилографа.

2. Ручками “Яркость” та “Фокус” встановити середню яскравість та сфокусувати світну пляму.

3. Розмістити світну пляму в центрі екрана ручками “Ось X” та “Ось Y”.

4. Перемикач P перемістити в положення а, тим самим на вхід “ X” та “ Y” осцилографа подаються напруги однакової частоти від електромережі з деяким зсувом фаз.

5. Накреслити отриману осцилограму (еліпс). Записати значення R і С для цього випадку.

6. За допомогою магазину опорів змінити 2 рази опір. Накреслити осцилограми для всіх випадків.

7. Знайти зсув фаз коливань, що додаються, за формулами (15) та (16) та (20).

8. Порівняти між собою отримані за формулами (15), (16) та (20) дані.

Додавання коливань різних частот:

1. Ввімкнути звуковий генератор. Дати час для розігрівання радіолампам генератора.

2. Перемикач Р перемістити в положення б, тим самим на вхід “X” осцилографа подається напруга від електричної мережі, а на вхід “Y” – від звукового генератора.

3. Змінюючи частоту генератора, одержати осцилограми фігур Ліссажу при частотах 25, 50, 75, 100, 150, 200 Гц. Накреслити їх.

4. Визначити частоту напруги мережі за формулою (10), використовуючи більш складні фігури Ліссажу, отримані при відомій заданої частоти генератора.