С помощью электронного осциллографа
Цель работы: исследование свободных затухающих колебаний, измерение и расчёт их характеристик.
Приборы и принадлежности: кассета ФПЭ-10/11, кассета ФПЭ-09/ПИ, магазин сопротивлений, источник питания, генератор, осциллограф.
Описание установки
Принцип работы кассеты ФПЭ-10 основан на получении затухающих колебаний в колебательном контуре с элементами L1, C1, соединенном через гнёзда Х5, Х6 с магазином сопротивлений (0–1000 Ом), с помощью подаваемых через гнёзда Х1, Х2 прямоугольных импульсов. Вспомогательные элементы R1 и VD1 ограничивают амплитуду напряжения в момент подачи импульса. Колебания в контуре наблюдаются и изучаются с помощью осциллографа, подключаемого к гнёздам Х3, Х4, Х7 (рисунок 10.6), (L1 = 0,1 Гн, C1 = 0,1±10 % мкФ).
Ход работы
1 Соберите электрическую схему, представленную на рисунке 10.6. Подайте на её вход (клеммы Х1, Х2) прямоугольные импульсы с преобразователя импульсов (кассета ПИ/ФПЭ-09).
| VD1 |
| C1 |
| R1 |
| X1 |
| X2 |
| X7 |
| X3 |
| X4 |
| X5 |
| X6 |
| L1 |
Рисунок 10.6 – Схема установки
2 Установите значение сопротивления R = 100 Ом, частоту генератора ν = 250 Гц, выходное напряжение генератора U = 3 В.
3 Изменяя частоту развёртки осциллографа, добейтесь на экране осциллографа устойчивой картины затухающих колебаний (рисунок 10.7).
| T |
| U |
| t |
|
| U0 |
| τ |
Рисунок 10.7 – Определение добротности контура
из осциллограммы затухающих колебаний
4 Убедитесь, что длительность импульсов напряжения, подаваемых на вход схемы, значительно меньше, а промежуток между ними значительно больше периода наблюдаемых колебаний.
5 Измерьте с помощью осциллографа период Т собственных колебаний контура (рисунок 10.7). Период Т находится по формуле 
, где t – время затухания (время, за которое амплитуда колебаний убывает в е раз), а n – число колебаний, укладывающихся в интервале времени t.
6 Сравните полученные значения Т с его теоретическим значением, рассчитанным по формуле 
.
7 Определите погрешность измерения Т данным методом, сделайте вывод о том, как согласуются между собой результаты измерения и теоретические значения Т.
8 Постепенно увеличивая R, добейтесь перехода от колебательной формы разряда к апериодическому разряду (рисунок 10.8).
| Uc |
| t |
Рисунок 10.8 – Осциллограмма апериодического разряда
9 Сравните полученные значения критического сопротивления со значением, рассчитанным по формуле 
.
10Оцените точность, с которой измеряется Rкр. Сделайте вывод о согласовании теоретического и опытного значения.
11Зарисуйте осциллограмму при R = 0 (сопротивление контура равно активному сопротивлению катушки индуктивности) и при полном сопротивлении контура, равном Rкр.
12 Из осциллограммы (рисунок 10.7) найдите добротность контура Q, используя формулу Q = np при R = 0, R = 100 Ом.
13 Определите по осциллограмме величину амплитуды затухающих колебаний через один или, если затухание невелико, через несколько периодов колебаний. По полученным значениям амплитуды Am и Am+n (m, m+n – числа периодов колебаний) определите логарифмический декремент затухания d и добротность контура Q из соотношений 
, 
.
14 Выполните измерения и расчёты (п.4 – п.13) при сопротивлении R = 100, 300, 500 Ом.
15 Установите сопротивление R = 100 Ом, выключите развёртку осциллографа и получите на экране осциллографа фазовую кривую, зарисуйте её.
16 Измерьте по фазовой кривой напряжения и силы токов в делениях сетки осциллографа, разделенные периодом колебаний, т. е. расстояния от фокуса фазовой кривой до точек пересечения витков спирали с осью напряжений или силы тока. Измерения выполняйте по трем виткам фазовой кривой.
17 Изменяя R от 100 до 600 Ом, по фазовым кривым определите логарифмический декремент затухания и постройте график d = f(R).
18 Сравните полученные значения d и Q с их теоретическими значениями, рассчитанными по формулам 
, .
19 Установите значение на магазине сопротивлений R > Rкр, зарисуйте фазовую кривую апериодического процесса.
20 Сделайте вывод о влиянии параметров R, C, L на частоту собственных колебаний, а также на величину логарифмического декремента и добротность контура.
Тема 11
