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

33617. Концепция национальной безопасности 49 KB
  безопасности РФ 2009 г. политики в области обеспечения безопасности личности общества и государства защищенности страны от внешних и внутренних угроз во всех сферах жизнедеятельности. Интересы личности состоят в реализации конституционных прав и свобод в обеспечении личной безопасности в повышении качества и уровня жизни в физическом духовном и интеллектуальном развитии человека и гражданина.
33618. Управление национальной безопасностью в Российской Федерации 46 KB
  Политика обеспечения национальной безопасности. Система обеспечение национальной безопасности. Основная задача и функции системы обеспечения национальной безопасности.
33619. Антитеррористическая безопасность Российской Федерации 54.5 KB
  Правовые и организационные принципы противодействия терроризму. Основные понятия принципы противодействия терроризму правовые и организационные основы профилактики терроризма и борьбы с ним минимизации и ликвидации последствий проявлений терроризма устанавливает ФЗ О противодействии терроризму от 06. Направления террористической деятельности: подготовка организация финансирование и реализация террористических актов; подстрекательство к терроризму; организация незаконных вооруженных формирований сообществ групп для реализации...
33620. СРАВНЕНИЕ РЕЖИМОВ DES 31 KB
  Режим ЕСВ Недостатки: Предоставление криптоаналитику более широких возможностей для криптоанализа по сравнению с другими криптографическими режимами. Если вам необходима главным образом простота и скорость режим ECB можно порекомендовать как самый простой и быстрый режим блочного шифра. Помимо уязвимости к вскрытию с повторной передачей алгоритм в режиме ЕСВ проще всех для криптоаналитиков.
33621. Классификация методов шифрования информации 39 KB
  Классификация методов шифрования информации. Современные криптографические методы тесно связаны с методами шифрования сообщений которые в свою очередь зависят от способа использования ключей. Для шифрования и расшифрования в них используется один и тот же ключ сохранение которого в тайне обеспечивает надежность защиты. Все одноключевые методы по способу шифрования можно разделить на блочные поточные и комбинированные.
33622. Шифры замены 89.5 KB
  1 Одноалфавитные подстановки К = 3 m = 26 Шифрующие таблицы Трисемуса В Таблицу сначала вписывается по строкам ключевое слово причем повторяющиеся буквы отбрасывались. Если буква текста оказывается в нижней строке таблицы тогда для шифртекста берут самую верхнюю букву из того же столбца. Например при шифровании с помощью этой таблицы сообщения ВЫЛЕТАЕМПЯТОГО получаем шифртекст ПДКЗЫВЗЧШЛЫЙСЙ Такие табличные шифры называются монограммными так как шифрование выполняется по одной букве. Трисемус первым заметил что шифрующие таблицы...
33623. Поточные шифры 31.5 KB
  Поточный шифр это симметричный шифр в котором каждый символ открытого текста преобразуется в символ шифрованного текста в зависимости не только от используемого ключа но и от его расположения в потоке открытого текста. Синхронные поточные шифры генерируют псевдослучайную последовательность независимо от какихлибо битов открытого или шифрованного текста. Фактически же если период гаммы превышает длину всего зашифрованного текста и неизвестна никакая часть исходного текста то шифр можно раскрыть только прямым перебором пробой на ключ....
33624. ЦИФРОВАЯ ПОДПИСЬ 55 KB
  2002 Об электронной цифровой подписи. Юридическую силу такой документ имеет только в том случае если на нем стоит электронноцифровая подпись подтвержденная сертификатом ключа подписи не утратившим силу на момент подписания. Глава III закона об ЭЦП регламентирует существование Удостоверяющих центров которые и подтверждают легитимность сертификата ключа подписи а значит и легитимность самой ЭЦП то есть электронный ключ обязательно должен быть подтвержден сертификатом выпущенным удостоверяющим центром. Для этого необходимо...
33625. МЕЖСЕТЕВОЙ ЭКРАН 79.5 KB
  Как правило эта граница проводится между локальной сетью предприятия и INTERNET хотя ее можно провести и внутри локальной сети предприятия. Возможности брандмауэра: 1Защита от уязвимых мест в службах Брандмауэр может значительно повысить сетевую безопасность и уменьшить риски для хостов в подсети путем фильтрации небезопасных по своей природе служб. Например брандмауэр может запретить чтобы такие уязвимые службы как NFS не использовались за пределами этой подсети. Это позволяет защититься от использования этих служб атакующими из...