Генератор релаксационных колебаний

На основе газоразрядного прибора можно сделать генератор колебаний пилообразной формы. При включенном напряжении питания U_П конденсатор начинает заряжаться через резистор (см. работу № 8). Когда оно достигает величины U_З, в приборе возникает газовый разряд. Сопротивление прибора резко падает и конденсатор достаточно быстро разряжается через это малое сопротивление до величины U_Г, разряд прекратится и конденсатор снова начнет заряжаться от источника и т.д. В схеме возникнут колебания. Рассчитаем их период, пренебрегая временем деионизации.

Рис. 1.

При отсутствии разряда в приборе согласно второму правилу Кирхгофа можно записать:

UП =IR + UC

(2)

Из определения силы тока и емкости конденсатора

(3)

Подставляя (3) в (2) получаем:

(4)

т.к. U_Ппостоянная величина. Интегрируя, получаем:

(5)

Тиратроны

Для управления процессами начала газового разряда в газоразрядные приборы вводят дополнительные электроды - сетки. Если расположить сетку вблизи катода, то согласно формуле (1) разряд в промежутке катод-сетка начнется при меньшем, чем U_З напряжении. Этот вспомогательный разряд, являясь источником дополнительных свободных электронов, облегчает условия возникновения основного разряда - между катодом и анодом, и поэтому анодное напряжение, необходимое для возникновения основного разряда, становится меньше. Сеточные токи могут быть малы по сравнению с анодными и поэтому тиратроны можно использовать в качестве переключающих элементов - реле. В некоторых тиратронах используют нагреваемый катод, который вследствие термоэлектронной эмиссии является источником дополнительных электронов. В этом случае управляющая сетка регулирует число этих электронов, проходящих к аноду, и для этого напряжение на ней относительно катода должно быть отрицательно.

Описание экспериментальной установки

Установка содержит регулируемый источник анодного напряжения, релаксационный генератор на тиратроне, регулируемый источник сеточного напряжения, микроамперметр для контроля сеточного тока и вольтметр для контроля напряжения питания. Колебания наблюдаются с помощью осциллографа.

Выполнение работы

1. Снятие пусковой характеристики тиратрона.

Получить зависимость напряжения зажигания тиратрона от тока сетки (пусковая характеристика тиратрона). Для этого нужно подключить в схему конденсатор большой емкости, установить регулятором определенный ток сетки и повышать напряжение питания от 0 до величины, при которой наблюдаются колебания. Построить график пусковой характеристики.

2. Проверка формулы для периода колебаний генератора.

Установить сеточный ток порядка 20 мкА. Уточнить напряжение зажигания для выбранного тока. Установить напряжение питания анода близкое к максимальному для получения на экране осциллографа устойчивой картины пилообразных колебаний. Определить по осциллографу период колебаний и сравнить его с рассчитанным по формуле (5). Для определения U_Гследует измерить амплитуду колебаний, когда U_Г = U_З - A.

3. Определение времени деионизации

Подключить в схему конденсатор малой емкости. Аналогично предыдущему пункту получить осциллограмму колебаний и оценить по ней время деионизации.

6. Контрольные вопросы

1. Принцип работы газоразрядных приборов.

2. Генератор релаксационных колебаний.

3. Вывод формулы для периода колебаний.

4. Газоразрядные приборы с тремя и более электродами.

5. Определение времени деионизации.

РАБОТА №6