Принцип работы модуля ФПЭ-13 основан на электрической связи двух одинаковых колебательных контуров LC в условиях балансировки контуров. Колебания возбуждаются с помощью генератора Г3-118. Прямоугольный импульс подается на плату ФПЭ-13. На плате ФПЭ-13 установлены два LC- контура, которые связаны внешней емкостной связью. Для отсечки источника сигнала во время паузы от первичного контура (L1C1) в цепь питания включен кремниевый диод VD1. В промежутках между прямоугольными импульсами возбуждаемые в контуре L1C1 затухающие колебания через внешнюю емкостную связь (50-80 пФ) передаются в контур (L2C2), где накладываются на собственные колебания. На экране осциллографа отображается периодическое возрастание и убывание амплитуды затухающих колебаний, т.е. биения (рис. 10.7).
 |
Порядок выполнения работы
1. Ознакомиться с работой звукового генератора (в режиме генерации синусоидальных колебаний) и электронного осциллографа.
2. Подготовить приборы к работе:
а) с помощью магазина емкостей МЕ установить С =4∙10-2 мкФ;
б) установить следующие параметры выходного напряжения звукового генератора: частота – 200 Гц, величина напряжения – 2-4 В, режим работы – генерация синусоидальных колебаний;
в) включить развертку электронного осциллографа с запуском от усилителя и установить частоту развертки, удобную для наблюдения сигналов частотой 200 Гц;
г) усиление по оси У электронного осциллографа установить таким, чтобы было возможно измерить переменное напряжение до 5 В.
3. Включить лабораторный стенд и приборы. Регулировкой ручек управления на панели осциллографа добиться стабильной картины процесса «биений» в контурах.
4. Вычислить Т рез для одного из контуров (резонансные частоты контуров близки) по формуле Томсона 
(L =60 Гн, С =104 пФ).
5. Изменяя величину емкости конденсатора связи С 12 на магазине емкостей от 4∙10-2 до 4∙10-1 мкФ, измерить периоды «биений». Т б определяется следующим образом: подсчитывается количество периодов (количество максимумов), укладывающихся в одно биение (число – N) – рис. 10.7. Эта величина умножается на Т рез, вычисленное по формуле Томсона, то есть 
. Полученные результаты записать в табл. 10.1. По полученным таким образом значениям Т б строится график зависимости Т б =f (C 12).
6. Провести расчет Т б.теор. по формуле 
и сравнить его с экспериментальными данными.
Таблица 10.1
| С 12, мкФ | 0.04 | 0.08 | 0.12 | 0.16 | 0.20 | 0.24 | 0.28 | 0.32 | 0.36 | 0.40 |
| N | ||||||||||
| Т б.эксп. | ||||||||||
| Т б.теор. |
Контрольные вопросы
1. Как будут колебаться два связанных пружиной маятника при отсутствии сдвига фаз между ними в начальный момент?
2. Какое должно быть соотношение частот двух связанных осцилляторов для наблюдения биений?
3. Какие процессы наблюдаются в системе связанных контуров?
4. Запишите второе правило Кирхгофа для двух связанных контуров (10.5) и (10.6).
5. Получите дифференциальные уравнения колебаний в нормальных переменных (10.5а), (10.6а) и запишите их решение (10.9) и (10.11).
6. Получите выражения для частот нормальных колебаний в связанных контурах.
7. Почему одна из нормальных частот совпадает с резонансной частотой контура 
, а вторая повышена по сравнению с ней 
?
8. Объясните картину биений (рис. 10.2) с энергетической точки зрения.
9. Почему емкость С 12 должна быть << С?
10. Чему равна частота обмена энергией между двумя связанными осцилляторами? Получите и объясните формулу для периода биений.
11. Что такое нормальные колебания (моды) связанных осцилляторов?
Используемая литература
[1] § 27.4;
[2] § 19.4;
[3] § 3.4, 3.9;
[4] т.1, § 55,56;
[5] 145.
Лабораторная работа 2-11
