Вопросы для самоконтроля

1. Нарисуйте и объясните вольтамперную характеристику газового разряда.

2. Учитывая величину ограничивающего сопротивления R₁, нарисуйте вольтамперную характеристику лампы и вычислите её дифференциальное сопротивление.

3. Нарисуйте схему генератора релаксационных колебаний и объясните принцип его работы.

4. Приведите примеры использования релаксационных колебаний.

Лабораторная работа 12

Изучение релаксационных колебаний

в схеме с неоновой лампой

Цель работы: получение вольтамперной характеристики неоновой лампы, наблюдение и изучение релаксационных колебаний и установление зависимости их периода от параметров электрической цепи.

Приборы и принадлежности: кассета ФПЭ 12/13, магазин емкостей, магазин сопротивлений, источник питания, вольтметр, осциллограф, секундомер.

Описание установки

Лабораторная работа ФПЭ12 проводится на установке, содержащей рабочее устройство (кассету ФПЭ12/13), магазин емкостей, магазин сопротивлений, источник питания, вольтметр, осциллограф С1–73, собранной по схеме 12.3.

Рисунок 12.3 – Схема установки при включенной кнопке SА1

на панели кассеты

Принцип работы основан на получении релаксационных колебаний с использованием газоразрядных ламп МТХ-90, выполняющих роль автоматического выключателя при различных параметрах контура.

Для ограничения тока последовательно с газоразрядной лампой подключен резистор R₁ = 68 Ом. Кассета, как видно из рисунка 12.3, позволяет к клеммам Х3 и Х2 подключить магазин сопротивлений R, а к клеммам Х1 и Х2 – магазин емкостей и осциллограф.

Схема, приведенная на рисунке 12.3, получается, если включить кнопку SА1 (находится на лицевой панели кассеты). При снятии вольтамперной характеристики кнопка должна быть в отключённом состоянии (отжата). Тогда получим схему, изображенную на рисунке 12.4.

Рисунок 12.4 – Схема установки при отключении кнопки SА1,

снятие вольтамперной характеристики

Ход работы

1 Соберите схему, приведенную на рисунке 12.4. Подключите к источнику питания к гнездам 120 В цифровой вольтметр (для обеспечения более точного измерения), а к гнездам Х5, Х4 цифровой вольтметр в режиме миллиамперметра. Снимите вольтамперную характеристику газоразрядной лампы путем измерения силы тока в зависимости от напряжения (не менее 10 значений I(U)), один раз в сторону увеличения напряжения, второй – в сторону уменьшения. Особо точно определите значения напряжения зажигания U_З (резкое увеличение силы тока) и гашения U_Г (резкое уменьшение силы тока) неоновой лампы. Измерения занесите в таблицу 12.1, постройте график I = f(U). Определите дифференциальное сопротивление лампы R_i = ctgα (рисунок 12.5) или .

Таблица 12.1 – Результаты измерений

С, нФ
fp , кГц
Z , 10^10

2 Для наблюдения релаксационных колебаний соберите схему (рисунок 12.3), далее, подав на схему напряжение, большее напряжения зажигания неоновой лампы U_З, подберите такие R и С, при которых будут наблюдаться заметные вспышки лампы. Измерьте время t_n, необходимое для совершения 20 полных колебаний и найдите период Т с помощью формулы . Проделайте опыт 5 раз, вычислите среднее значение Т.

3 При постоянных значениях U и С, изменяя R (не менее 10 раз), определите в каждом случае период Т и постройте график зависимости Т = f(R).

4 Подключите параллельно конденсатору емкости С осциллограф. Подберите R и C так, чтобы на экране получились релаксационные колебания, зарисуйте их и определите по осциллографу период Т. Изменяя напряжение при RC = const, для каждого значения U найдите период Т и постройте график зависимости Т = f(U). Найдите U_max, при котором возникают колебания.

5 Проанализируйте зависимость отношения времени зарядки и разрядки конденсатора от напряжения.

6 Сравните результаты измерений периода релаксационных колебаний Т с расчетными данными, полученными с использованием формулы (12.3).

Рисунок 12.5 – Вольтамперная характеристика неоновой лампы