Приложение к лабораторной работе № 24

Электронный осциллограф С1-94 предназначен для исследования электрических сигналов в диапазоне частот от 5 до 10⁷ Гц, амплитудой от 0,01 до 300 В.

ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ:

Исходное положение органов управления осциллографа:

1. кнопка «СЕТЬ» - не нажата;

2. ручка ø «фокус» - среднее положение;

3. ручка ☼ «яркость» - среднее положение;

4. кнопка ВНУТР/ВНЕШ – нажата;

5. ручки и ↕ (смещение луча по горизонтали и вертикали) – среднее положение;

6. кнопка «ЖДУЩ/АВТ» - не нажата;

7. кнопка μŚ/ mŚ – не нажата;

8. переключатель ВРЕМЯ/ДЕЛ – 2;

9. переключатель V/дел – 1;

10. кнопка  - не нажата;

11. кнопка - не нажата;

12. ручка «УРОВЕНЬ» - среднее.

Порядок работы

Нажмите кнопку «СЕТЬ».

Прибор готов к проведению измерений через 3-5 мин после включения. Для измерения величины переменного напряжения необходимо:

а) исследуемый сигнал с помощью специального кабеля подать на гнездоY, расположенное на лицевой панели прибора;

б) кнопку μŚ/ mŚ – нажать (чтобы на экране наблюдалось несколько периодов исследуемого сигнала);

в) кнопка «ЖДУЩ/АВТ» – не нажата;

г) кнопка - не нажата;

д) кнопка ВНУТР/ВНЕШН – нажата;

е) кнопка  не нажата;

ж) переключатель «V/дел» установить в такое положение, чтобы исследуемый сигнал занимал на экране около 8 делений (весь экран);

з) ручкой «ВРЕМЯ/ДЕЛ» – установить устойчивое изображение сигнала на экране;

и) ручкой ↕ совместить верхний уровень сигнала с одной из горизонтальных линий сетки. Нижний уровень при этом должен находиться в пределах шкалы экрана;

к) ручкой сместить изображение таким образом, чтобы нижний уровень находился на вертикальной градуированной линии.

Амплитуду исследуемого сигнала в вольтах равна произведению величины амплитуды изображения (в делениях), умноженной на цифровую отметку показаний переключателя «V/дел». Погрешность измерений не превышает 5%.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 35

Исследование затухающих колебаний в колебательном контуре

Цель работы: изучение затухающих колебаний на примере колебательного контура.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ

Рис. 1

Если зарядить конденсатор от батареи до напряженияU₀ (рис. 1), а затем повернуть переключатель К, то конденсатор начнет разряжаться через катушку, и в контуре возникнут электромагнитные колебания. Рассмотрим, как происходят эти колебания в контуре, сопротивление которого R = 0. При замыкании контура в нем появляется ток I, создающий магнитное поле. Изменение магнитного поля приводит к возникновению в цепи электродвижущей силы самоиндукции _i, замедляющей быстроту разряда. При уменьшении тока возникает электродвижущая сила, направленная в ту же сторону, что и вызвавший ее появление ток. Это приводит к тому, что после разряда конденсатора ток не прекращается сразу, а в течение некоторого времени продолжает течь в том же направлении и перезаряжает обкладки конденсатора. Затем процесс разряда начинается снова, но протекает теперь в обратном направлении. В результате вторичного перезаряжения конденсатора система возвращается в исходное состояние, после чего происходит повторение тех же процессов. Время, в течение которого конденсатор заряжается и разряжается, называется периодом собственных колебаний. Величина называется циклической или круговой частотой собственных колебаний в контуре, гдеL – индуктивность, а С – емкость контура.

В начальный момент, когда конденсатор полностью заряжен, в нем накоплена электрическая энергия: W_E = CU₀² / 2.

Во время разрядки конденсатора электрическая энергия превращается в энергию магнитного поля катушки и, когда конденсатор полностью разряжен, вся электрическая энергия переходит в магнитную:W_M=LI₀² / 2, гдеI₀- наибольшая величина тока в контуре.

При перезарядке конденсатора энергия магнитного поля снова превращается в энергию электрического поля. В контуре возникают незатухающие электромагнитные колебания, которые называются собственными или свободными колебаниями в контуре.

Проводники контура всегда обладают электрическим сопротивлением, поэтому запас энергии в процессе колебаний расходуется на нагрев проводников. Вследствие этого амплитуда электромагнитных колебаний в контуре постепенно уменьшается, и в нем происходят затухающие колебания (рис. 2). При достаточно большом сопротивлении контура или малой индуктивности колебания в нем вообще не возникают, а происходит так называемый апериодический разряд конденсатора (рис. 3).

Рис. 2

Рис. 3

Согласно закону Ома:

U + IR= _i, (1)

_i= -L (2)

где

I= (3)

Так как q = СU, то из (2) и (3) получаем: