Экспериментальная часть

Приборы и оборудование: источник питания ИП; электронный осциллограф РО; звуковой генератор PQ; амперметр РА (Ф214/1); магазин сопротивлений МС; магазин емкостей МЕ; модуль ФПЭ-12 (рис.7.5).

Функциональная схема представлена на рисунке 7.6.

Методика измерений

В работе определяется период релаксационных колебаний двумя способами. Первый способ заключается в том, что сигнал от полученных в цепи релаксационных колебаний поступает на вход осциллографа и на экране последнего можно наблюдать изображение этих колебаний (рис.7.7).

Период можно измерить непосредственно с экрана при работе осциллографа в режиме измерения длительности сигнала.

Период релаксационных колебаний в генераторе может быть также определен методом фигур Лиссажу – замкнутых линий, получающихся при сложении двух взаимно перпендикулярных колебаний. Для этого на одну пару пластин осциллографа (входY) подается напряжение с генератора «лампа-конденсатор», на другую (вход X) – переменное напряжение известной частоты от звукового генератора.

Если частоты складываемых колебаний относятся как целые числа, то картина на экране неподвижна. Зная частоту подаваемого сигнала, по виду фигуры Лиссажу можно определить соотношение частот и частоту релаксационных колебаний.При сложении гармоническихколебаний фигура Лиссажу при соотношении частот 1:1 имеет видэллипса. В случае не гармонических релаксационных колебаний получаются фигуры Лиссажу, показанные на рис. 7.8.

Экспериментальная установка

Электрическая схема установки собрана в модуле ФПЭ-12 (рис.7.6). При отжатой кнопке “режим” реализуется схема получения вольтамперной характеристики газонаполненной лампы. При нажатой кнопке “режим” получается схема генератора релаксационных колебаний (рис. 7.7); магазины ёмкостей МЕ и сопротивлений МС выполняют роль ёмкости С и сопротивления Rгенератора.

Напряжение от источника питания (ИП) подается на вход кассеты ФПЭ–12. Кроме того, к генератору «лампа-конденсатор» (ФПЭ–12) подсоединяется магазин сопротивлений (МС) и магазин ёмкостей (МЕ), что позволяет изменять величину сопротивления контура и ёмкость конденсатора. Измерительный прибор РА служит для измерения токов при снятии вольтамперной характеристики лампы.

На вход “Y” электронного осциллографа (РО) подается сигнал с генератора «лампа–конденсатор». Звуковой генератор PQ необходим для подачи переменного напряжения на вход “Х” осциллографа при наблюдении фигур Лиссажу.

Порядок выполнения работы

Задание 1: Снятие вольтамперной характеристики лампы.

1. Подготовить приборы к работе:

а) Кнопку “режим” модуля ФПЭ-12 отжать.

б) Ручку регулировки напряжения 120 В источника питания установить в крайнее левое положение.

2. Включить лабораторный стенд, источник питания ИП и измерительный прибор РА.

3. Ручкой регулировки напряжения источника питания изменять напряжение от 40 до 120 В через 10 В, каждый раз измеряя силу тока I_пр.. Записать значения I_пр. в таблицу 7.1.

4. Уменьшая напряжение от 120 В до 40 В через 10 В, измерять силу тока I_обр.; результаты занести в таблицу 7.1.

5. Определить напряжения зажигания и гашения лампы. Для этого выбрать из таблицы 7.1 интервал напряжений, в котором лампа зажглась (погасла). В выбранном интервале, постепенно увеличивая (уменьшая) напряжение, зафиксировать такое напряжение, при котором ток в лампе начинает резко увеличивается (либо уменьшается). Это и будет напряжение зажигания U_З (гашения U_Г). Записать полученные значения в табл.7.2.

6. Построить графики зависимости тока I_пр и I_обр от напряжения U.

Таблица 7.1

U, В	40	50	60	70	80	90	100	110	120
Iпр, мA
Iобр, мA

Задание 2: Определение периода релаксационных колебаний генератора«лампа-конденсатор».

1. Подготовить приборы к работе.

а) Нажать кнопку “режим” модуля ФПЭ-12.

б) Установить на магазине сопротивление R=1·10⁶Ом.

в) На магазине ёмкостей установить ёмкость С=3·10^-3мкФ.

г) На источнике питания ИП ручку регулирования выходного напряжения установить в крайнее левое положение.

д) Осциллограф подготовить к работе в режиме измерения длительности сигнала. На лицевой панели осциллографа:

- нажать кнопку ;

- ручку усилителя поставить в положение ;

- ручку развёртки – в положение .

2. Включить последовательно лабораторный стенд, источник питания и осциллограф. Установить ручкой регулировки напряжения источника питания ИП U=110 В; в течение времени опыта поддерживать его постоянным. Ручку развертки установить в такое положение, чтобы на экране осциллографа были видны одно-два релаксационных колебания. Зарисовать на миллиметровке с соблюдением масштаба полученную на экране осциллографа картину колебательного процесса (рис.7.6).

3. По осциллограмме на экране измерить:

а) период релаксационных колебаний: ,гдеN– число больших делений координатной сетки по оси абсцисс с точностью до 0.1 дел.;k_х(вms/дел) – цена одного большого деления, которая соответствует положению ручки развертки. Результаты занести в таблицу 7.2;

б) амплитуду колебаний (рис.7.6): U_m=M^.k_y, гдеM– число делений по оси ординат с точностью до 0.1 дел.; k_y(в В/дел) – цена деления, которая соответствует положению ручки усилителя. Записать полученное значениеU_mв табл.7.2.

Таблица 7.2

UЗ, В	UГ, В	Um, В	Т, c	соотношение частот	n –	νn Гц	ν, Гц	νср, Гц	, с	Е(Т), %
				1:1	1
				1:2	2
				1:3	3
				1:4	4

4. Измерить период релаксационных колебаний методом фигур Лиссажу. Подготовить осциллограф к работе в режиме наблюдения фигур Лиссажу, для чего нажать кнопку «X-Y», находящуюся в правом верхнем углу лицевой панели осциллографа. Включить генератор PQ и установить выходное напряжение ~1 В. Поставить кнопочный переключатель частоты звукового генератора в положение 1 кГц. Плавно изменяя на генераторе PQ частоту выходного сигнала, получить на экране осциллографа неподвижную фигуру Лиссажу, соответствующую соотношению частот 1:1 (см. рисунок 7.7). Записать значение частоты генератора PQ. Постепенно увеличивая частоту сигнала, получить фигуры Лиссажу, соответствующие отношениям частот 1:2, 1:3 и 1:4. Записать значения этих частот. Рассчитать частоту релаксационных колебаний по формуле , где– частота сигнала генератораPQ, измеренная в каждом из случаев: n=1, 2, 3, 4 – отношение частоты релаксационных колебаний к частоте сигнала генератора PQ. Найти среднее значение ν_ср. и рассчитать период релаксационных колебаний: .

5. Сравнить периоды релаксационных колебаний Т и и рассчитать относительную ошибку измерений:

.