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

76431. КРИТЕРИЙ УСТОЙЧИВОСТИ НАЙКВИСТА 155.49 KB
  Предварительно должна быть определена устойчивость исследуемой системы в разомкнутом состоянии. Для неустойчивой разомкнутой системы нужно выяснить какое число корней ее характеристического полинома имеет положительные вещественные части. В одноконтурной системе составленной из последовательно соединенных звеньев корни характеристических полиномов этих звеньев являются одновременно корнями характеристического полинома разомкнутой системы. Если какоелибо звено в прямой цепи системы охвачено обратной связью то нужно определить корни...
76432. Структурные схемы систем автоматического управления 160.04 KB
  Структурная схема Структурная схема САУ схема САУ это изображение системы регулирования в виде совокупности динамических звеньев с указанием связей между ними. Структурная схема САУ может быть составлена на основе известных уравнений системы и наоборот уравнения системы могут быть получены из структурной схемы. Наименование Обозначение на структурной схеме Звено с одним входом Звено с двумя входами Узел разветвление Наименование Обозначение на структурной схеме Cумматор Элемент сравненияаналог сумматора Простейшие сочетания...
76433. Статические и астатические системы управления 21.21 KB
  В зависимости от принципа и закона функционирования ЗУ задающего программу изменения выходной величины различают основные виды САУ: системы стабилизации программные следящие и самонастраивающиеся системы среди которых можно выделить экстремальные оптимальные и адаптивные системы. обеспечивается неизменное значение управляемой величины при всех видах возмущений...
76434. Критерий управляемости САУ 24.47 KB
  Очевидно что эта система является неуправляемой так как управляющее воздействие влияет не на все переменные состояния переменная состояния не поддается управлению. Пусть описание САУ представлено в терминах пространства состояния САУ будет управляемой тогда и только тогда если матрица управляемости имеет ранг . порядок вектора состояния .
76435. Ответственность за несвоевременную уплату алиментов. Индексация алиментов 14.47 KB
  Индексация алиментов Индексация алиментов предусмотрена с целью защиты алиментных платежей от инфляции и предотвращения необходимости многократного обращения с иском об изменении размера алиментов выплачиваемых в твердой денежной сумме. Индексация возможна только для алиментов взыскиваемых в твердой денежной сумме. Индексация алиментов взыскиваемых по решению суда в твердой денежной сумме производится администрацией организации по месту удержания алиментов пропорционально увеличению установленного законом минимального размера оплаты труда.
76436. Выявление и учет детей, оставшихся без попечения родителей. Банк детей, оставшихся без попечения родителей 16.73 KB
  Банк детей оставшихся без попечения родителей Существуют различные обстоятельства в результате которых дети остаются без родительского попечения. Сведения о детях оставшихся без попечения родителей учитываются в специальном государственном банке данных в соответствии с Федеральным законом...
76437. Органы, осуществляющие защиту прав и интересов детей и способы устройства детей, оставшихся без попечения родителей 14.2 KB
  Защиту прав и интересов таких детей осуществляют специально уполномоченные государством органы опеки и попечительства. Эти органы ведут учет детей оставшихся без попечения родителей; исходя из конкретных обстоятельств утраты попечения родителей избирают формы их устройства; осуществляют последующий контроль за условиями их содержания воспитания и образования ст. Для своевременного выявления таких детей закон возлагает на должностных лиц учреждений которые непосредственно соприкасаются с детьми детских садов школ детских поликлиник и т.
76438. Усыновление. Понятие, значение, порядок усыновления 16.4 KB
  Понятие значение порядок усыновления Усыновление представляет собой правовой институт призванный создать между усыновителем и усыновленным отношения наиболее близкие к тем которые возникают между родителями и родными детьми. Усыновление или удочерение далее усыновление является приоритетной формой устройства детей оставшихся без попечения родителей п. Усыновление допускается в отношении несовершеннолетних детей и только в их интересах с соблюдением требований абзаца третьего пункта 1 статьи 123 СК РФ а также с учетом возможностей...
76439. Дети, подлежащие усыновлению. Лица которые могут быть усыновителями 20.88 KB
  Поэтому при усыновлении ребенка должны учитываться его этническое происхождение; принадлежность к определенной религии и культуре родной язык возможность обеспечения преемственности в воспитании и образовании а также возможность обеспечить усыновляемым детям полноценное физическое психическое духовное и нравственное развитие п. 124 СК закреплено правило согласно которому усыновление братьев и сестер разными лицами не допускается так как при усыновлении прекращаются правоотношения ребенка не только с родителями но и с другими...