И наблюдения колебаний

На рис. 3 изображена схема установки для исследования затухающих колебаний в контуре RLC.

Колебательный контур состоит из последовательно соединенных конденсаторов С₁ и C₂ катушек L₁и L₂, магазина сопротивлений R_М. Значения емкостей С₁и C₂, индуктивностей L₁ и L₂, а также величины активного сопротивления катушек R_L и других элементов цепи R_Ц указаны на панели контура. С помощью ключей К₁ и К₂ можно изменять величины емкости и индуктивности контура. Разделительный конденсатор C₀ в контур не входит и его электроемкость при расчетах не учитывается.

Для возбуждения колебаний в данной работе используется пилообразное напряжение генератора развертки луча осциллографа. Напряжение U снимается с выхода X-пластин, расположенного на задней панели (ЗП – рис. 3) осциллографа, и подается к клемме B колебательного контура, перераспределяясь между конденсаторами С₀, С₁ и С₂. Поскольку в схеме подобрано С₀ << С₁ и С₀ << С₂, то

U = U_С0 + U_С1 + U_С2 = q/C₀ + q/C₁ + q/C₂ » q/C₀ = U_С0,

т. е. все напряжение падает почти полностью на конденсаторе С₀.

При линейном возрастании пилообразного напряжения развертки линейно возрастает напряжение на конденсаторе С₀:

U_C0 = at (рис. 4а, участок ab).

Устанавливается постоянный ток зарядки конденсатора C₀:

I = dq/dt = C₀(dU_C0/dt) = aC₀ = const (рис. 4б, участок аb),

и, следовательно, на участке ab линейно возрастающего напряжения э. д. с. самоиндукции в катушках L₁, L₂ не возникает:

E(t) = - L(dI/dt) = 0.

В момент начала быстрого нелинейного спада пилообразного напряжения (участок bc) dU_C0/dt изменяется, т. е. и ток разрядки конденсатора С₀ непостоянен (I ¹ const), а следовательно, в катушках L₁, L₂ возникает э. д. с.:

E(t) = - L(dI/dt) ≠ 0,

которая и является источником энергии, вызывающим появление затухающих колебаний (например, напряжения U_С на конденсаторах С₁, и C₂ (рис. 4г). Возникающие в контуре затухающие колебания (рис. 4г) будут продолжаться и во время следующего периода нарастания напряжения развертки, смещающего луч по горизонтальной оси (X) экрана осциллографа. Их можно наблюдать на экране осциллографа при подаче напряжения U_С(клемма А контура) на вход Y осциллографа. Клемма «вход Y» расположена на передней панели осциллографа. Клемма Е («земля») контура соединяется с соответствующей клеммой осциллографа. Устойчивое изображение затухающих колебаний можно получить на экране осциллографа при правильном подборе частоты развертки, частоты синхронизации, усиления сигнала по вертикальной (Y) и горизонтальной (X) осям.