Изучение затухающих колебаний. С помощью электронного осциллографа

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 R_кр. 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 R_кр.

 

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 A_m и A_m+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 > R_кр, 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