22826

Релаксаційні коливання у схемі з неоновою лампою

Лабораторная работа

Физика

Якщо напруга досягне певної величини яка називається напругою запалювання U3 лампа спалахне і струм стрибком досягне скінченої величини I3. Коли напруга спаде до величини U3 лампа не погасне. За другим правилом Кірхгофа для цього кола маємо 1 де Uk напруга на конденсаторі та неоновій лампі яка підключена до нього паралельно.15 видно що напруга на конденсаторі монотонно зростає із швидкістю яка залежить від величини добутку RC.

Украинкский

2013-08-04

86 KB

1 чел.

Робота 7

Релаксаційні коливання у схемі з неоновою лампою.

Власні коливання будь-якої затухаючої системи є затухаючими. Для того, щоб вони стали незатухаючими, необхідні зовнішні впливи: в механіці – зовнішніх сил, в електриці – зовнішніх напруг. У цьому випадку виникають так звані вимушені коливання. Але існують системи, в яких незатухаючі коливання можливі без зовнішніх періодичних впливів. Вони називаються автоколиваннями, а сам процес – автоколиванням.

До авто коливних систем входить джерело енергії. Воно періодично вмикається самою системою і вводить енергію, яка компенсує витрати на подолання тертя у випадку механічної системи або тепла Ленца-Джоуля у випадку електричної системи, що і робить коливання незатухаючими.

Розглянемо електричну автоколивну систему з неоновою лампою. Газорозрядна неонова лампа являє собою скляний балон, заповнений неоном, в якому розміщено два електроди у вигляді коаксіальних /із спільною віссю/ циліндри. При невеликій напрузі на електродах струм, що проходить через лампу, дорівнює нулеві. Якщо напруга досягне певної величини, яка називається напругою запалювання U3, лампа спалахне, і струм стрибком досягне скінченої величини I3. При дальшому збільшенні напруги струм відповідно зростає. Якщо змінювати напругу у зворотному напрямі, тобто зменшувати, то струм зменшуватиметься, але графічно піде по другій кривій. Коли напруга спаде до величини U3, лампа не погасне. Вона згасне лише при напрузі Ur, яка дещо менша U3, тобто U3Ur. При напрузі Ur струм стрибком спаде і лампа згасне. Властивості неонової лампи повністю пояснюють механізм коливань у схемі за мал.14.

Якщо замкнути ключ К, то через опір R потече струм , який заряджатиме конденсатор С. За другим правилом Кірхгофа, для цього кола маємо , /1/

де Uk напруга на конденсаторі та неоновій лампі, яка підключена  до нього паралельно.

Відомо, що , а ; звідси . Підставимо значення сили струму в рівняння /1/:. Розв’язком цього диференціального рівняння буде  /мал.15, лінія оаа//.

З мал.15 видно, що напруга на конденсаторі монотонно зростає із швидкістю, яка залежить від величини добутку RC. Величина =RC називається сталою часу або релаксації. Напруга на конденсаторі при зростанні, взагалі кажучи, повинна була б асимптотично наближатися до е.р.с. джерела Е. У нашій схемі напруга на конденсаторі зможе зрости лише до величини U3, тому що як тільки вона досягне цієї величини, спалахне неонова лампа, яка підключена до конденсатора, і конденсатор почне через неї розряджатися. Лампу в стані провідності можна розглядати як малий опір r. Конденсатор розряджається через неї за законом . Оскільки час розрядження відносно малий, ми нехтуємо тим зарядом, який надходить за цей час до конденсатора від джерела струму. Отже, через неонову лампу протікає струм

.  /2/

конденсатор розряджатиметься, поки напруга на ньому не досягне Ur; після цього неонова лампа згасне /лінія аб/. Далі на конденсаторі напруга знову почне зростати, досягне потенціалу спалаху неонової лампи /лінія бс/. Цей процес зарядження і розрядження буде періодично повторюватися, і неонова лампа ритмічно буде спалахуватиме з періодом T.

Величина T являє собою суму часу 2 зарядження від напруги Ur до напруги та часу t1 розрядження від напруги U3 до напруги Ur.. Оскільки r<<R, то t1<<t2 і часом t1 можна знехтувати. Час t2=t2-t1, де t1 – час, за який напруга на конденсаторі зросте від 0 до U3. З формул  і  визначаємо ; , звідки

.

Мета роботи: вивчити одну з найпростіших релаксаційних авто коливних схем з неоновою лампою.

Необхідні прилади: неонова лампа, магазин великих опорів, магазин ємностей, вольтметр, осцилограф, випрямляч, секундомір, ключ.

Для того, щоб дослідити характер струму, який протікає через неонову лампу, потрібно послідовно з нею ввімкнути опір r1 /820 Ом/ і напругу з нього подати на осцилограф /мал.16/. При цьому r1 повинно бути меншим R, щоб істотно не змінювати електричний стан кола струму. Напруга на r1 пропорційна струмові, що протікає через нього і, отде, характер зміни її, який ми бачимо на осцилографі, відповідатиме характерові зміни струму. Струм, що проходить через лампу, складається х окремих коротких імпульсів /мал.15/.

Завдання та обробка результатів вимірювань.

  1.  Скласти схему згідно мал.16.
  2.  Встановити r1=0, R=0 і С=0 і заміряти потенціали спалаху та згасання неонової лампи /зробити п’ять вимірювань і взяти середнє значення/.
  3.  Встановити Е> U3 /U3=Е/, С=1мкФ, R=1мОм і визначити за допомогою секундоміра період спалахів  50.
  4.  Повторити вимірювання для опорів від 900 до 100кОм через 100кОм при незмінному С.
  5.  Зробити ті ж самі вимірювання при С=2мкФ.
  6.  Приєднати до точок а1а2 осцилограф і накреслити формулу напруги Uк на конденсаторі та лампі.
  7.  Ввести в схему опір r1, приєднати до нього осцилограф і накреслити форму I2.
  8.  Побудувати залежність T=f(R).
  9.  Перевірити для якогось одного опору, чи дійсно подвоєння ємності приводить до подвоєння періоду.
  10.  Для однієї з точок обчислити T за формулою і порівняти з вимірами.

Контрольні питання.

  1.  Який розряд називається несамостійним і який самостійним?
  2.  Чому лампу можна використовувати для одержання електричних коливань?
  3.  Як змінний струм випрямляється кенотроном?
  4.  Вивести формулу для періоду зарядження і розрядження конденсатора.
  5.  Як змінюється період релаксаційних коливань при збільшенні Е?
  6.  Яким повинен бути період релаксаційних коливань, щоб на екрані осцилографа можна було спостерігати стійку нерухому картину?
  7.  Принцип дії, вольт-амперна характеристика і параметри стабіловольта. Роль правильного вибору полярності підключення його електродів до джерела е.р.с..

Список літератури.

1. Горелик Г.С. Колебания и волны. – М., 1956.-С. 123-125.

2.  Сивухин Д.В. Общий курс физики. –.М., 1983.-С. 498-535, 600-602.



 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

32568. Программаторы 43.12 KB
  Программаторы – это устройства, предназначенные для ввода управляющих программ, их редактирования и отладки, параметрирования системы
32569. Программно-математическое обеспечение (ПМО) контроллеров 248.4 KB
  Алгоритм программы Монитор Прикладное промышленное программное обеспечение Прикладное программное обеспечение рассмотрим на примере SIMTIC Soft фирмы Siemens это система тесно связанных инструментальных средств для программирования и обслуживания систем автоматизации SIMTIC S7 C7 а также систем компьютерного управления SIMTIC WinC. Интегрирование всех пакетов программ в единый интерфейс позволяет существенно повысить эффективность использования промышленного программного обеспечения SIMTIC и использовать однородные операции на всех...
32570. АСУ ТП на базе промышленных сетей 218.52 KB
  В условиях бурно растущего производства микропроцессорных устройств альтернативным решением стали цифровые промышленные сети Fieldbus состоящие из многих узлов обмен между которыми производится цифровым способом. Использование промышленной сети позволяет расположить узлы в качестве которых выступают контроллеры и интеллектуальные устройства вводавывода максимально приближенно к оконечным устройствам датчикам и исполнительным механизмам благодаря чему длина аналоговых линий сокращается до минимума. Каждый узел промышленной сети...
32571. Общие сведения о ТСА. Основные понятия и определения 15.82 KB
  Основные понятия и определения Целью курса Технические средства автоматизации ТСА является изучение элементной базы систем автоматического управления технологическими процессами. Элемент устройство конструктивно законченное техническое изделие предназначенное для выполнения определённых функций в системах автоматизации измерение передача сигнала хранение информации ее обработка выработка команд управления и т. Система автоматического управления САУ совокупность технических устройств и программнотехнических средств...
32572. Тенденции развития ТСА 29.04 KB
  Увеличение функциональных возможностей ТСА: в функции управлении от простейшего пуска останова и автоматического реверса к цикловому и числовому программному и адаптивному управлению; в функции сигнализации от простейших лампочек до текстовых и графических дисплеев; в функции диагностики от индикации обрыва цепи до программного тестирования всей системы автоматики; в функции связи с другими системами от проводной связи до сетевых промышленных средств.
32573. Классификация ТСА по функциональному назначению в САУ 51.78 KB
  Классификация ТСА по функциональному назначению в САУ: СУ система управления; ОУ объект управления; КС каналы связи; ЗУ задающие устройства; УПИ устройства переработки информации; УсПУ усилительнопреобразовательные устройства; УОИ устройства отображения информации; ИМ исполнительные механизмы; РО рабочие органы; КУ контрольные устройства; Д датчики; ВП вторичные преобразователи.
32574. Основные принципы построения ТСА 15.47 KB
  Удовлетворение потребностей столь различных по качеству и сложности СУ в средствах автоматизации при их индивидуальной разработке и изготовлении сделало бы проблему автоматизации необозримой а номенклатуру приборов и устройств автоматики практически беспредельной. [24] В конце 50х годов в СССР была сформулирована проблема создания единой для всей страны Государственной Системы промышленных Приборов и средств автоматизации ГСП представляющей рационально организованную совокупность приборов и устройств удовлетворяющих принципам типизации...
32575. Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП) 14.22 KB
  ГСП имеет единые параметры входных и выходных сигналов а также унифицированные габаритные присоединительные размеры. По принадлежности к ГСП приборы и устройства подразделяются на три группы: системные отвечающие всем без исключения требованиям ГСП; локального применения по назначению техническим и эксплуатационным характеристикам и конструктивным особенностям отвечающие требованиям ГСП но не предназначенные для совместной работы в системах автоматического контроля регулирования и управления с другими изделиями ГСП и не...