Экспериментальная часть

Приборы и оборудование: генератор звуковых сигналов (PQ); осциллограф (PO); модуль с колебательным контуром (ФПЭ-10); преобразователь импульсов (ФПЭ-08); источник питания (ИП); магазин сопротивлений (МС).

Экспериментальная установка и методика измерений

Общий вид установки дан на рис. 13.5. Функциональная схема представлена на рисунке 13.6.

В данной работе для исследования затухающих колебаний в реальном колебательном контуре, включающем активное сопротивление R, применяется электронный осциллограф (РО). Для получения колебаний используется модуль ФПЭ-10 с контуром, изображенным на рис.13.7.

Сигнал в форме гармонического колебания заданной частоты с генератора PQ преобразователем ПИ преобразуется в последовательность прямоугольных импульсов той же частоты.

Будучи поданным на колебательный контур КК, импульс заряжает конденсаторС до напряжения U_m, сообщая контуру начальный запас энергии. По окончании импульса происходит многократный разряд конденсатора С через индуктивность L и сопротивление R, то есть возникают затухающие колебания (рис.13.8). Через генератор звуковых колебаний производится периодическая подзарядка конденсатора, то есть кривая затухающих колебаний периодически повторяется.

Изменение коэффициента затухания β колебательного процесса осуществляется выбором величины резистора R_маг. магазина сопротивления МС.

При не очень больших значениях сопротивления контура (, гдеL – индуктивность катушки, С – ёмкость конденсатора), на экране осциллографа наблюдается картина затухающих колебаний, как это показано на рис.13.8, что соответствует закону изменения напряжения

.

Измерив амплитуды колебаний, отстоящие друг от друга на время, равное периоду

; ,

можно определить логарифмический декремент затухания

. (13.22)

Аналогично для тока:

. (13.23)

Тогда коэффициент затухания можно рассчитать как

. (13.24)

Значение сопротивления в контуре можно изменять с помощью магазина сопротивлений (R_маг.). Полное активное сопротивление контура R складывается из активного сопротивления катушки индуктивности R_кат. и сопротивления магазина R_маг.:

.

Из (13.17)

получим, что зависимость =f(R_маг.) логарифмического декремента затухания от сопротивления R_маг. в контуре линейная (рис.13.9).

Значение R_кат. можно определить, экстраполируя график до значения 0. Индуктивность L катушки можно рассчитать по формуле (13.5) для коэффициента затухания:

. (13.25)

Затем, считая <<₀, можно найти ёмкость С конденсатора из формулы Томсона (13.18):

. (13.26)

При больших значениях сопротивления контура () на экране электронного осциллографа будет наблюдаться апериодический процесс, показанный на рис.13.10.

Измерения логарифмического декремента затуханияможно проводить также с помощью фазовой кривойU=f(I). Если сопротивление контура, то фазовые кривые имеют вид, показанный на рис.13.4. При больших значениях сопротивления контура () фазовая кривая для апериодического разряда принимает вид, показанный на рис.13.11.