Правила построения графиков

Результаты измерений и вычислений во многих случаях удобно представлять в графическом виде. Графики строятся на миллиметровой бумаге карандашом. Размер графика – не менее половины страницы лабораторного журнала. На лист наносят координатные оси. Независимая величина (аргумент) откладывается, как правило, по горизонтали. На концах осей указывают обозначения физических величин и их размерности. Затем на оси наносят масштабные деления с удобным для прочтения интервалом. Порядок масштаба (10^±п) выносится на конец оси. Точка пересечения осей не обязательно должна соответствовать нулю по одной или обеим осям.

Начало отсчета по осям и масштабы следует выбирать так, чтобы:

а) линия графика заняла все поле графика (рис. 1);

б) наклон линии был близок к 45°.

После выбора начала отсчета и масштаба по осям на лист наносятся экспериментальные точки. Их обозначают маленькими кружками, крестиками, треугольниками и т. п., размеры которых могут соответствовать погрешности измерений в масштабе графика. После этого строится собственно график, т. е. проводится плавная кривая так, чтобы она проходила как можно ближе к нанесенным точкам. График сопровождается подписью и вклеивается в лабораторный журнал.

Если известно из теории, что экспериментальная зависимость должна быть линейная, то по экспериментальным точкам проводится прямая, параметры которой определяются по методу наименьших квадратов (приложение I в конце сборника).

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОГО ОСЦИЛЛОГРАФА

Цель работы: изучение принципа действия осциллографа.

Приборы и принадлежности: Электронный осциллограф, генератор звуковой частоты, вольтметр, модуль М0-3.

Назначение, общая характеристика и описание электронного осциллографа

Электронный осциллограф применяется для следующих целей:

- для исследования быстропеременных процессов (длительностью до 10^-8 с)

- для визуального наблюдения зависимости напряжения от времени (развертка сигнала),

- для измерения напряжения, интервалов времени, периода, частоты и сдвига фаз периодических процессов,

- визуального наблюдения сложения взаимно-перпендикулярных колебаний (фигуры Лиссажу).

Электронно-лучевая трубка

Основным элементом электронного осциллографа является электронно-лучевая трубка (рис. 1). Она представляет собой вакуумный баллон, внутри которого находятся электронная пушка, вертикально и горизонтально отклоняющие пластины (6, 7), люминесцирующий экран (8).

Электронная пушка состоит из нагреваемого катода (1, 2), модулятора (3), первого и второго анодов (4 и 5). Все эти элементы создают и формируют пучок электронов, который, попадая на экран (8), вызывает его свечение.

Рис. 1. Электронно-лучевая трубка.

На рис. 2 показано, что при отсутствии электрического поля между отклоняющими пластинами пучок электронов вызывает свечение в центре экрана (а). При подаче постоянного напряжения на вертикально-отклоняющие пластины (б) светящееся пятно смещается вверх или вниз, причем в электрическом поле пластин электроны летят по параболической траектории, а на выходе из него движутся по инерции прямолинейно.

Если на вертикально-отклоняющие пластины подать переменное напряжение, то светящаяся точка будет совершать колебательное движение в вертикальном направлении, и на экране будет видна сплошная линия (в).

а) б) в)

Рис. 2. а) – напряжение на пластины не подано

б) – подано постоянное напряжение

в) - подано переменное напряжение

На горизонтально отклоняющие пластины обычно подается пилообразное напряжение (Рис. 3) от генератора развертки, которое заставляет светящуюся точку на экране двигаться по горизонтали.

U

t

T_{развертки}

Рис. 3. Напряжение развертки

Рис. 4. Развертка синусоидального сигнала

Одновременное действие электрического поля обеих пар пластин на электронный луч позволяет наблюдать на экране форму исследуемого сигнала во времени (Рис. 4). Для наблюдения устойчивого изображения необходимым условием является кратность частот входного и развертывающего напряжения. В этом случае на экране наблюдается один или несколько периодов исследуемого напряжения.

Описание установки

На рис. 5-6 показана передняя панель осциллографа, на которой расположены следующие регуляторы и переключатели:

Рис. 5. Передняя панель осциллографа

Рис. 6. Схема передней панели осциллографа

1. "Сеть" кнопка включения.

2. "Фокус" - регулятор фокусировки луча.

3. "Яркость" - регулятор яркости.

4. Кнопка переключения осциллографа в режим мультиметра (в данной работе не используется).

5. Переключатель входа осциллографа "открытый - закрытый". Закрытый вход используется для исследования переменной состав через разделительный конденсатор.

6. Переключатель "время/дел" - выбор длительности развертки.

7. - Совмещенный с переключателем (5) регулятор положения луча по горизонтали.

8. "V/дел" - Переключатель делителя напряжения каналаY - регулятор чувствительности осциллографа.

9. - Совмещенный с переключателем (7) регулятор положения луча по вертикали.

10. "ms/ms" - Переключатель множителя частоты генератора развертки.

11. "ЗАПУСК" - Переключатель полярности запускающего импульса синхронизации.

12. "ВНУТР/ВНЕШ" - Переключатель вида синхронизации.

13. "ТВ/НОРМ" - Выключатель генератора развертки.

14. -Вход Y.

15. Общий вход.

16. -Вход Х.

17. Регулятор уровня сигнала синхронизации.

Порядок выполнения работы

Задание 1. Наблюдение формы сигнала звукового генератора, измерение его частоты

1. Изучите назначение и расположение органов управления осциллографа.

2. Подключите к входу Y выход звукового генератора (ЗГ). Включите электропитание ЗГ (выключатель расположен на задней стенке генератора). Установите величину сигнала 5В, частоту 100Гц. Отрегулируйте чувствительность осциллографа так, чтобы сигнал не выходил за пределы экрана по вертикали.

3. Подберите частоту генератора развертки и уровень синхронизации осциллографа. Добейтесь устойчивого изображения сигнала на экране.

4. Изменяя форму и частотуf_z сигнала ЗГ, наблюдайте изменения на экране.

5. Измеряя время одного или нескольких периодов сигнала ЗГ т, рассчитайте частотуf_о по формуле (1). Сравните полученный результат с показаниями ЗГ.

6. Повторите измерения для разных частот и форм сигнала, результаты измерений запишите в табл.1 (таблицу следует выполнять на отдельной странице).

Таблица 1

N	f, Гц	m	t мс/дел	l дел	t = lt   (мс)	fo = m/t
изм.	частота по шкале звукового генератора	число периодов осциллограммы	цена одного деления шкалы генератора развертки	длина измеряемого участка осциллограммы	время измеряемого участка колебаний	Гц по осцилл.
1 - 5

Задание 2. Измерение напряжения с помощью осциллографа.