ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ. Принципиальная электрическая схема установки для изучения свободных затухающих колебаний в контуре приведена на рис

Принципиальная электрическая схема установки для изучения свободных затухающих колебаний в контуре приведена на рис. 8.8.

Напряжение U₀ от источника питания УИП-1 (выход 20-600 В) подается на вход релаксационного генератора и измеряется вольтметром.

В качестве газоразрядной лампы в генераторе используется тиратрон МТХ-90. Сопротивление R₀ выбирается из магазина сопротивлений в интервале 100 кОм÷1 Мом. В качестве нагрузки релаксационного генератора, собранного из элементов R, С, L, используется колебательный контур, состоящий из одной из катушек индуктивности L₁ – L₃, одного из конденсаторов С₁ – С₃ и активного сопротивления R магазина сопротивлений. Выбор того или иного элемента колебательного контура осуществляется переключателями S₃ и S₄, установленными на стенде. В течение времени Δτ (рис. 8.7) горения лампы через неё и через катушку индуктивности течет ток. В этот промежуток времени колебательному контуру сообщается некоторый запас энергии. После прекращения газового разряда контур оказывается отключенным от генератора и в течение времени (Т₀ - Δτ) в нем происходят колебания. Так как в контуре имеется активное сопротивление, колебания будут затухающими (активное сопротивление – активное сопротивление катушки индуктивности – имеется даже в случае R_{магазина} = 0). Параметры колебательного контура R, С, L подобраны так, что, во-первых, период Т собственных колебаний контура много меньше периода Т0 колебаний релаксационного генератора (Т << Т₀), а во-вторых, так, чтобы время затухания в контуре было меньше Т₀, т.е. чтобы колебании успевали затухнуть к моменту прихода очередного импульса накачки от генератора.

На вертикальный вход У осциллографа подаются сигналы с различных точек схемы. Способ подключения определяется переключателям S₁ и S₂, расположенными на стенде. В положении S₁"генератор" на вход У подается пилообразное напряжение с релаксационного генератора; в положении S₁"контур", а S₂ «накачка» - импульсы тока накачки; в положении S₁ "контур", а S₂ "колебания" - затухающие колебания напряжения на конденсаторе контура.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

Подготовка к работе.

1. Соберите схему (рис. 8.8).

ВНИМАНИЕ! Для питания релаксационного генератора используется высокое напряжение, поэтому все соединения осуществляйте ТОЛЬКО ПРИ ОТКЛЮЧЕННОМ ПИТАНИИ.

2. Переключатель пределов выходного напряжения УИП-1 установите в положение 20÷150 В, а регулятор выходного напряжения 20÷600 В – в крайнее левое положение.

3.Переключатели чувствительности входа У осциллографа установите в положение1:1 и 50В/см.

4. Включите питание УИП-1 тумблером "сеть" и питание осциллографа. Прогрейте аппаратуру в течение 5-10 минут.

5. Отключите кабель от входа У. Ручкой "режим запуска" получите на экране горизонтальную прямую. Ручкой “ ↔ “ переместите её так, чтобы она занимала всю ширину экрана. Ручкой “ ↕ “ совместите её с горизонтальной осью измерительной сетки экрана. Подключите кабель ко входу У осциллографа.

Задание 1

1. Переключатель времени развертки осциллографа установите в положение 1 ms/см.

2. Тумблер S₁ на стенде переведите в положение "Генератор", а тумблер S₂ - в положение "Накачка".

3. Включите тумблер "Анод" УИП-1. Регулятором выходного напряжения 20-600 В увеличивайте напряжение U_o до зажигания тиратрона. Значения напряжения занесите в таблицу 8.1.

4. Переключателем "Множитель" времени развертки и ручками "Режим запуска" и "Уровень запуска" добейтесь устойчивого изображения на экране осциллографа 2 – 4 пилообразных импульсов (рис. 8.7). Переключателем чувствительности входа У добейтесь, чтобы изображение пилообразных импульсов занимало большую часть экрана. Регуляторами "Фокус" и "Астигматизм" добейтесь четкого изображения.

Таблица 8.1 – Период колебаний релаксационного генератора

№ п/п	Uo, В	l, см	Длит/см, ms	Множит	То, мс	ν, Гц
.
.
.

5. Измерьте период Т_о пилообразных колебаний. Для этого регулятором “↔“ совместите начало пилообразного импульса с любой вертикальной линией измерительной сетки экрана осциллографа (желательно, чтобы импульс располагался в центре экрана) и измерьте длину ℓ импульса в см по горизонтальной оси измерительной сетки. Длительность импульса в миллисекундах получается умножением этой длины на положение переключателя длительности развертки (длит/см) и на множитель времени развертки.

Например, положение переключателя "Длит/см" - I ms, "Множитель" – 5, длина импульса – 2,1 см. Тогда Т_о = 2,1х1x5 = 10,5 мс. Значения периода ℓ, см и Т_о, мс занесите в таблицу I.

6. Увеличивая напряжение U_o регулятором 20-600 В УИП-1 с интервалом 10 В, измерьте период колебаний Т_о еще девять раз (при необходимости перейдите на предел 150-300 В УИП-1, предварительно поставив регулятор выходного напряжения в крайнее левое положение). Значение напряжения U_o и периода колебаний ℓ, Т_о занесите в таблицу I.

Задание 2

1. Установите регулятором УИП-1 напряжение необходимое для зажигания тиратрона. Получите изображение пилообразных импульсов согласно п. 4задания 1.

2. Выберите переключателями элементы колебательного контура, указанные преподавателем, и магазином сопротивлений R установите R=0.

3. Переведите тумблер S₁ на стенде в положение "контур". Наблюдайте импульсы накачки на экране осциллографа.

4. Переведите тумблер S₂ на стенде в положение "Колебания". Наблюдайте картину затухающих колебаний между двумя импульсами накачки.

5. Переключатель длительности развертки "Длит/см" переведите в положение 100 мс. Переключателем "Множитель" длительности развертки и регуляторами "Режим запуска" и “Уровень запуска" получите устойчивое изображение на экране осциллографа 10-15 колебаний. Ручкой “ ↔ “ поместите начало затухающих колебаний в левую часть экрана. Переключатель чувствительности входа У установите в положение, при котором изображение начальных колебаний занимает большую часть экрана по высоте. Регуляторами "Фокус" и "Астигматизм" получите четкое изображение затухающих колебаний.

6. Проверьте положение горизонтальной оси согласно п.5 подготовки к работе.

7. Измерьте амплитуду B_n n-го колебания (рис. 8.2), совместив его ручкой “ ↔ “ с вертикальной осью измерительной сетки экрана осциллографа. Перемещая изображение влево ручкой “ ↔ “, измерьте амплитуду В_n+3 (n+3)-го колебания. Результаты измерений в мм занесите в таблицу 2.

8. Измерьте период колебаний Т (рис. 8.2). Для этого переключателем "Множитель" увеличьте масштаб по оси X так, чтобы на экране наблюдалось 2-4 колебания и регулятором “ ↔ “ переместите изображение в удобное для измерений место. Результат измерений занесите в таблицу 8.2. Переключатель "Множитель" верните в исходное положение.

Таблица 8.2 – Параметры затухающих колебаний

№ п/п	R, Ом	Bn, мм	B n+3, мм		λ	Q	T, мкс	ν, Гц	Ттеор., мкс	Контур
….

9. Увеличивая сопротивление магазина Р с шагом 10-40 Ом, повторите измерение амплитуд и периода по п.п. 7–8 для девяти значений сопротивления. При необходимости увеличивайте усиление канала переключателем чувствительности (измерения амплитуд B_n и B _n+3, соответствующих одному сопротивлению, проводите при неизменном усилении). Результаты измерений занесите в таблицу 8.2.