Описание установки и метода измерений

Лабораторная установка для получения свободных электромагнитных колебаний состоит из генератора импульсов 1, контура 2 и осциллографа 3.

Генератор формирует импульсы напряжения, которые периодически заряжают конденсатор С контура. При разрядке конденсатора в контуре возникают свободные затухающие колебания. Регистрируется этот колебательный процесс с помощью осциллографа.

ОСЦ

Рис. 44.4

Длительность импульсов  генератора 1 много меньше периода Т_г их повторения, так что в интервале (Т_г – ) колебания в контуре успевают затухать.

В работе требуется измерить период свободных колебаний контура Т, определить логарифмический декремент , критическое сопротивление контура R_крит и добротность контура Q. Логарифмический декремент  можно определить непосредственно по осциллограмме затухающих колебаний (рис. 43.2), используя формулу (44.14). Если увеличивать активное сопротивление контура R_акт, то при R_акт = R_крит на экране осциллографа получится картина апериодической разрядки конденсатора (рис. 43.3, кривая а). При определении R_крит нужно учесть, что активное сопротивление контура определяется не только активным сопротивлением переменного резистора R, включенного в цепь, но и активными сопротивлениями катушки и генератора

, (44.19)

где R_L – активное сопротивление катушки индуктивности; R_г – сопротивление генератора импульсов; R – сопротивление переменного резистора, включенного в контур.

Порядок выполнения работы

1. Чтобы собрать схему, представленную на рис. 44.4, необходимы:

1) кабель для подключения осциллографа (чёрный);

2) провода (синий + красный);

3. 6 проводников (зелёных).

2. Значения ёмкости контура указаны в таблице 1.

Таблица 1

Бригада 1	С1
Бригада 2	С2
Бригада 3	С3
Бригада 4	Последовательно С1 и С2
Бригада 5	Последовательно С2 и С3

В контуре подключена катушка индуктивностью L. В качестве сопротивления использовать резисторы R₁, R₂, и R₃, состоящее из R₁ R₂ включённых параллельно.

3. С помощью кнопки «F» на панели генератора напряжений ГН1 установите частоту 1.

4. С помощью кнопок на панели осциллографа установите следующие параметры работы осциллографа:

1) кнопки «Режим», «+», «-« - Режим I;

2) кнопки «Усиление», «+», «-« - 1 В/дел;

3) кнопки «Длительность», «+», «-« - 0,1 мс/дел.

5. После проверки схемы преподавателем включите генератор напряжения ГН1 и осциллограф нажатием кнопок «сеть». На экране осциллографа получим картину затухающих колебаний, показанную на рис. 44.2.

6. Для каждого сопротивления R, включенного в контур, с помощью осциллографа определите 5 последовательных значений амплитуд ( принять одно деление шкалы за 1см) занесите их в таблицу 2.

7. Для каждой пары измеренных значений амплитуд по формуле (44.12) вычислить декремент затухания. Результаты занести в таблицу 2.

8. Для измерения периода колебаний для трёх значений сопротивлений с помощью кнопок «Длительность» и «+», «-» подберите такой масштаб времени, чтобы на экране осциллографа укладывался один период колебаний. Обратите внимание на значение «Длительности», которая будет определять цену деления по шкале времени. Значения занесите в таблицу 2.

Таблица 2

R, Ом	Т,мкс	А1	А2	А3	А4	А5	k1	k2	k3	k4	k
R1
R2
R3

9. По формулам (44.3), (44.13), (44.15) и (44.18) определите для всех значений R логарифмический декремент Θ, добротность Q, экспериментальное и теоретическое значения коэффициента затухания δ. Используя результаты, полученные в предыдущих пунктах, заполните таблицу 3.

Таблица 3

R, Ом	T, мкc	<k>		Q

10. На одной системе координат построить огибающие амплитуд (экспоненты) для различных значений R.

11. Для определения критического значения сопротивления, включить в цепь контура резистор переменного сопротивления. Поворачивая ручку резистора подобрать значение сопротивления таким, чтобы получить апериодический разряд (рис. 44.3, R=Rкр). Определить по шкале значение сопротивления переменного резистора и сравнить его с теоретическим значением, определенным по формуле (44.16). Расхождение значений Rкр, определённых экспериментально и теоретически объясняется тем, что мы не учитывали активное сопротивление контура и генератора:

, (44.19)

где R_L – активное сопротивление катушки индуктивности; R_г – сопротивление генератора импульсов; R – сопротивление переменного резистора, включенного в контур.