Описание установки

Электрическая схема установки приведена на рис 8.Требуемые элементы последовательного колебательного контура выбираются с помощью переключателей (L₁ - L₄,; С₁ – С₅, R₁— R₆). Контур подключается к выходу 2 генератора сигналов ГЗ-З5. К выходу 1 генератора подключается вход А электронносчетного частотомера 4З-34А. Последовательно с элементами контура включено сопротивление R=1 Ом так, что падение напряжения на нём численно равно силе тока в цепи. Его включение вызвано тем, что сила тока измеряется цифровым вольтметром В7-27А/1 по падению, напряжения. Подключение В7-27А/1 к катушкам индуктивности, конденсаторам, активным сопротивлениям и резистору R измерения падения напряжения на них осуществляется переключателями, расположенными вблизи клемм подключения вольтметра.

Сдвиг фаз между силой тока в контуре и приложенной ЭДС измеряется с помощью осциллографа С1-49 (С1-72). На горизонтальный вход X осциллографа подаётся сигнал с генератора, уровень которого регулируется потенциометром R_ус. (регулятор «Усиление X» расположен на стенде). На вертикальный вход У осциллографа подаётся напряжение, падающее на активном сопротивлении контура, пропорциональное силе тока в цепи. Таким образом, на электронный луч действуют две колеблющиеся во взаимно-перпендикулярных направлениях силы. Рассмотрим траекторию луча, получающуюся при сложении двух взаимно-перпендикулярных колебаний.

; (53)

;

; .

Рис. 8 Схема установки электрическая принципиальная

Отсюда, исключая время t, получаем уравнение траектории:

(54)

Это уравнение эллипса. Ориентация эллипса зависит как от искомого сдвига фаз φ, так и от усиления каналов Х и У. При. эллипс вырождается в прямую, пересекающую 1 и 3 квадранты экрана осциллографа. При увеличении или уменьшении φ эллипс становится более или менее "полным", но он всегда будет вписан в прямоугольник со сторонами 2а и 2в (рис 9), где , .

П

Рис. 9 К определению сдвига фаз

осциллографа

ри ; при .

Измеряя размеры эллипса 2а, 2b и координаты точек его пересечения с осями х, у, определяем .

Тогда (55)

Положительные и отрицательные значения на картинке неотличимы. Эти значения отличаются друг от друга не видом картинки, а направлением движения луча, которое на обычном осциллографе не определится. Размеры эллипса 2а или 2в следует измерять при выключенном усилении У или X, когда эллипс вырождается в отрезок горизонтальной или вертикальной прямой.

Порядок выполнения работы

1. Соберите схему.

2. Выход 1 генератора Г3 - 35 подключите ко входу А частотометра 43-34А, выход П генератора и клемму «» подключите к клеммам, на стенде.

3. Переключатель "Метки времени" частотомера поставьте в положение « А», переключатель «Время измерения» – в положение "I S", переключатель "Род работы" – частоты А, Б; переключатели расположенные слева и справа от входа А переведите, в положение "1:1" и «~» соответственно.

4. Переключатель длительности развертки осциллографа С1-49 переведите в положение "Вход X".

5. Включите приборы Г3-35, 43-34А, CI-49, В7-27А/1 и дайте им прогреться в течение 5 минут.

6. Переключатель "Пределы шкал" генератора ГЗ-35 поставьте в положение "10 V", а ручкой "Peг. вых. напр." установите по вольтметру генератора на напряжение 5 B.

7. Отключите входы X и У осциллографа и ручками «» и «»установите светящееся пятно в центр координатной сетки. Подключите входы осциллографа к соответствующим клеммам на стенде. Тумблер "X" поставьте в. положение "ВКЛ".

8. Выберите переключателями элементы контура L,C, R, указанные преподавателем.

9. Подключите цифровой вольтметр B7-27A/l к клеммам на стенде. Переключатель рода работы на стенде поставьте в положение .

10. Ручками "Усиление X" на стенде и регулятором "Усиление" осциллографа добейтесь, чтобы изображение эллипса занимало большую часть экрана.

11. Ручками "Частота" и переключателем "Множитель" генератора ГЗ-35 получите изображение прямой (вырожденного эллипса) на экране осциллографа. При необходимости измените усиление осциллографа.

12. Прямая на экране осциллографа соответствует нулевому сдвигу фаз между током и приложенной ЭДС, т.е. резонансной частоте для силы тока. Более точно резонанс определится по напряжению на сопротивлении R, измеряя напряжение вольтметром 37-27A/1.

При этом выберите предел измерения, обеспечивающий максимальную чувствительность (мигающий символ "П" в первом разряде означает переполнение – перейдите на следующий предел).

13. Измеренное частотомером значение резонансной частоты для силы тока и напряжение и соответствующее напряжение занесите в таблицу 3. Эту же частоту и напряжение на сопротивлении занесите в графы ν и таблицы 1. Подключите вольтметр B7-27A/I к клеммам "генератор" на стенде и измерьте напряжение на них - ε_о. Результат занесите в таблицу 3, а вольтметр верните в исходное положение.

14. Переключателями на стенде подключите вольтметр В7-27А/1 поочередно к конденсатору и катушке индуктивности. Измеренные значения напряжении и занесите в таблицу 3. Переключателем на стенде подключите вольтметр к активному сопротивлению.

15. Тумблер "X" на стенде поставьте в положение "Выкл". Измерьте высоту вертикальной линии 2b на экране осциллографа. Переведите тумблер в положение. "Вкл" и измерьте "толщину" эллипса 2у (рис. 9) (для прямой 2у = 0), Результаты занесите в таблицу 1.

16. Уменьшая частоту генератора так, чтобы амплитуда напряжения на сопротивлении уменьшалась каждый раз на 10% от максимальной, снимите 7–8 значений напряжения . В каждой точке измеряйте . параметры 2в и 2у эллипса на экране осциллографа согласно п.14. Получаемые значения 2в, 2у и частоты ν заносят в таблицу 1.

17. Вернувшись к резонансной частоте повторите измерения по п.16, увеличивая частоту генератора. Измеренные в 7-8 точках значения; , ν , 2в, 2у занесите в таблицу 1.

18. Переключателем на стенде подключите вольтметр В7-27А/1 к конденсатору. Изменяя частоту генератора, добейтесь максимума напряжения на конденсаторе (соответствующая резонансная частота и будет меньше резонансной частоты ). Значение, резонансной частоты занесите в таблицу 3. Эту же частоту вместе со значением напряжения Uc₀ занесите в таблицу 2.

19. Уменьшая частоту от до 20 Гц снимите 7- 8 значений напряжения на конденсаторе Uc₀. Результаты измерений Uc₀ частоты ν занесите в таблицу 2.

20. Увеличивая частоту от так, чтобы амплитуда напряжения на конденсаторе Uc₀ уменьшалась на 10% от максимальной, снимите ещё 7-8 точек резонансной кривой; Результаты занесите в таблицу 2.

Таблица 1

№ п/п	Контур 1	ν (Гц)	(В)	2b (мм)	2у (мм)	φ (мм)
1 2 3 . . .	LCR

Таблица 2

№ п/п	Контур 1	ν (Гц)	(В)
1 2 3 . . .	LCR

Таблица 3

Контур LCR

νI Гц

B

В

В

, Гц

νu, Гц

I0 мА

U0 B

B Ом

RL Ом

C мкФ

L Гн

Q1

Q2

Q3

Q4

Q5

21. Не изменяя выбранного сопротивления R, включите в контур катушку L₁ и конденсатор С₅. Найдите резонанс по картинке на осциллографе. Измерьте напряжение на сопротивлении U₀. Измерьте силу тока в контуре (нажав клавишу 1 на стенде) вольтметром B7-27A/1 (при этом напряжение на R_ш в милливольтах численно равно току I₀ в миллиамперах). Результаты занесите в таблицу 3.

22. Повторите пункты 11-21 задания с двумя другими значениями активного сопротивления (не изменяя L, С).