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.

Функциональная схема представлена на рисунке 7.5.

М

Г6-43 PQ

РО

етодика 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.

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

Второй способ, более точный, заключается в том, что дополнительно на второй вход осциллографа поступает сигнал определенной частоты. В электронно-лучевой трубке происходит сложение двух взаимно перпендикулярных колебаний: релаксационных колебаний лампы и синусоидальных колебаний, подаваемых на второй вход осциллографа. В результате на экране появятся фигуры Лиссажу. 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. В отличие от сложных гармонических колебаний фигура Лиссажу при соотношении частот 1:1 не имеет вид эллипса (рис. 7.6).

Экспериментальная установка

Электрическая схема установки собрана в модуле ФПЭ-12 (рис.7.5). При отжатой кнопке “режим” реализуется схема получения вольтамперной характеристики газонаполненной лампы. При нажатой кнопке “режим” получается схема генератора релаксационных колебаний (рис. 7.1); магазины емкостей МЕ и сопротивлений МС выполняют роль емкости С и сопротивления R генератора.

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 емкостей (МЕ), что позволяет изменять величину сопротивления контура и емкость 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.

в

Рис.7.6

) Измерительный прибор РА подготовить к работе в режиме, обеспечивающем измерение силы тока до 10 мА.

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 и измеряя каждый раз 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 скачком увеличивается от нуля до конечной величины (либо уменьшается до нуля). Это и будет напряжение зажигания U_З (гашения U_Г). Записать полученные значения в табл.7.2.

Таблица 7.1

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

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

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=1·10⁶ Ом.

в) На магазине емкостей установить емкость С=3·10^-3 мкФ.

г) На источнике питания ИП ручку регулирования выходного напряжения 120 В 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: ,где N – число больших делений координатной сетки по оси абсцисс с точностью до 0.1 дел.; k_х (в ms/дел) – цена одного большого деления, которая соответствует положению ручки развертки. Результаты занести в таблицу 7.2;

б) амплитуду колебаний: U_m=M^.k_y, где M – 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 значение U_m в 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

Рис.7.7

. Измерить период релаксационных колебаний с помощью генератора сигналов PQ. 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 (рис.7.8, а, б, и в соответственно). Записать значения этих частот. Рассчитать частоту релаксационных колебаний по формуле , где – частота сигнала генератора PQ, 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:

.