42152

ИЗУЧЕНИЕ РЕЛАКСАЦИОННОГО ГЕНЕРАТОРА

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Если напряжение на электродах лампы U меньше напряжения зажигания потенциал зажигания U3 т. В этом случае сопротивление лампы RЛ бесконечно велико. Идеализированная вольтамперная характеристика неоновой лампы имеет вид представленный на рис. Связь между током лампы и напряжением как это видно из графика может быть линейной и записана в виде: ...

Русский

2013-10-27

107.5 KB

12 чел.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА   3-9

ИЗУЧЕНИЕ РЕЛАКСАЦИОННОГО ГЕНЕРАТОРА

Цель работы: изучение работы релаксационного генератора на неоновой лампе.

ПОСТАНОВКА   ЗАДАЧИ

Релаксационным колебанием называется периодически повторяющийся процесс, состоящий из двух стадий: 1) медленного накопления энергии системы до определенного критического значения. 2) последующей разрядки, проходящей почти мгновенно.

         Рассмотрим действие релаксационного генератора, основной частью которого является неоновая лампа. Неоновая лампа состоит из стеклянного баллона, в который впаяно два электрода анод и катод в виде коаксиальных (соосных) цилиндров, расположенных на расстоянии 1-3 мм. Баллон заполнен неоном при низком давлении (10-15 мм рт.ст.). Если напряжение на электродах лампы U меньше напряжения зажигания (потенциал зажигания) U3 , т.е. U < U3 , то ток через лампу практически не идет, так как неон является диэлектриком. В этом случае сопротивление лампы (RЛ) бесконечно велико. При разности потенциалов Uз происходит пробой диэлектрика через лампу пойдет ток зажигания Jз , лампа вспыхнет.

Идеализированная вольт-амперная характеристика неоновой лампы имеет вид, представленный на рис. 1. Здесь стрелки показывают изменение тока при увеличении и уменьшении напряжения, Uг напряжение, при котором лампа гаснет. Связь между током лампы и напряжением, как это видно из графика, может быть линейной и записана в виде:

                                                                                                                        

                       

                                                                   

                                                                                                                         

                                          ,                 (1)

где Rл  внутреннее сопротивление лампы. Рассмотрим действие релаксационного генератора, изображенного на рис.2. При замыкании ключа конденсатор медленно заряжается от источника тока Uи , напряжение на электродах лампы возрастает. В момент, когда напряжение на конденсаторе достигает значения Uз , лампа зажигается, через нее идет ток.  При этом проходит быстрый разряд конденсатора. Когда разность потенциалов на электродах лампы упадет до значения Uг , лампа гаснет. Разряд конденсатора прекратится, и он снова начнет заряжаться. Таким образом, лампа будет периодически вспыхивать через определенные промежутки времени Т. График процесса показан на рис. 3. Релаксационный генератор описанного типа будет источником напряжения.

      U

      U

      UЗ 

      

                          1

      UГ

                                       t                      t + T                                             t

                                                        Рис. 3

Найдем зависимость параметров генератора R, C, Uз, Uг от времени t. Согласно закону Ома и первому закону Кирхгофа

                                          I R + UГ = UИ,                                                          (2)      

                                               I1 + I2 = I ,                                                (3)        

где IR падение напряжения на сопротивлении R, U разность потенциалов между обкладками конденсатора.  Uи  напряжение на клеммах источника тока. Исключая из полученной системы трех уравнений (1-3) I и I2 , получим

.    (4)

Так как

.    (5)

Следовательно, уравнение (4) примет вид дифференциального уравнения

.    (6)

Решением его является выражение

 ,    (7)

в чем можно убедиться непосредственно подстановкой (7) в (6) (А постоянная интегрирования). Запишем (7) для момента времени, предшествующего зажиганию лампы. Пусть промежуток времени от момента включения источника тока до зажигания лампы мал. Если лампа не горит, то ее сопротивление Rл = . В этом случае уравнение (7) принимает вид

    (8)

и справедливо в интервале времени (0 t  ). Из начальных условий t=0, U=0 получаем R А = Uи , следовательно, напряжение на обкладках конденсатора в момент t  изменяется по закону

                                            .                                       (9)      

График этой зависимости показан на рис. 3, участок 1.

         Как только напряжение достигает значения напряжения зажигания, лампа вспыхивает и начинается быстрый разряд конденсатора, который продолжается до тех пор, пока лампа не погаснет, то есть напряжение не достигнет величины  UГ. Затем следует новый рост напряжения до  UЗ и новый разряд до  UГ, и так далее. Так как время разряда много меньше времени заряда, то время изменения напряжения от  UГ  до  UЗ  можно считать периодом колебаний  Т  релаксационного генератора. Найдем формулу для этого периода колебаний.

         Пусть в момент времени  t   U = UГ , тогда в момент  (t + T) напряжение станет равным  UЗ. Подставив эти значения в уравнение (9), получим

                         ;     .                      (10)

Раскроем скобки и после преобразований имеем

                    ;                .

Поделив почленно эти уравнения и прологарифмировав правую и левую части, получим

                            .

Откуда следует

.     (11)

Если вместо известного сопротивления R включить неизвестное Rx, то период колебаний изменится и станет равным

.     (12)

Поделив почленно уравнение (12) на (11), получим

.     (13)

Аналогично, если в цепь вместо известной ёмкости С включить неизвестную, то получим аналогичное соотношение для периодов и емкостей

                                              .                                                        (14)

1. Снятие вольт - амперной характеристики неоновой лампы

Убедитесь, что магазины ёмкостей, сопротивления и кассета ФПЭ 12/13 соединены проводниками по схеме рис.3 (где R и С   магазины сопротивлений и емкостей)

 

 

 

                                                                                                             

                             Рис. 3                                                         Рис. 4.

Для снятия вольт-амперной характеристики (зависимость тока лампы от напряжения источника питания Uи) кнопку “режим” на кассете ФПЭ-12 отжать. Выставьте значение R магазина сопротивлений в пределах 1-100 Ом << Rл . В этом случае лампа включается по схеме рис.4. Изменяя напряжение источника тока от 0 до 130 В через 5В, снимите показания миллиамперметра, занесите в таблицу и постройте график зависимости I=f(U) по табл. 1.

Таблица 1

Uи, В

0

10

20

30

40

45

далее

через 5 В

Iл пр, mА

Iл обр, mА

Найдите напряжение зажигания UЗ и гашения UГ  неоновой лампы. Вычислите внутреннее сопротивление работающей лампы Rл по формуле (1).

2. Изучение релаксационного генератора

Кнопку “режим” на пульте кассеты ФПЭ-12 приведите в положение “включено” (утопить). Подайте напряжение 110 В с источника питания.        В этом случае лампа включается по схеме 2 релаксационного генератора. Включите сопротивление R (1-3) 106 Ом и ёмкость С (2-9) 10-2 мкФ. Убедившись по пульсации луча осциллографа или по вспыхиванию неоновой лампы (см. рис.3), что релаксационный генератор работает, получите на экране осциллографа пилообразные кривые. Изменяя параметры С при R=const, а затем R при С=const, наблюдайте на экране зависимость UС=f(t) или UR=f(t). Зарисуйте её. Качественно убедитесь в справедливости соотношения (11). Сделайте выводы.

3. Определение больших сопротивлений (емкостей).

Включите схему в режиме генератора (кнопка “режим” утоплена). На магазине сопротивлений установите сопротивление в несколько мегаом (1-3 106 Ом). На магазине емкостей установите емкость (2-3)10-3 мкФ. Определите по осциллографу период колебаний Т (число делений на экране осциллографа, укладывающихся между максимумами или минимумами кривой, умножить на цену деления развертки, указанной вблизи рукоятки развертки).

а) При заданном  R = 106 Ом установите другие значения емкостей (7-8) значений, например, в пределах до 10-2 мкФ. Определите соответствующие им значения периода (nочные значения емкостей, соответствующих номерам кнопок, возьмите из таблицы 2).

Таблица 2

Емкость С, мкФ

Период Т, мс

Постройте график зависимости периода колебаний при заданном напряжении источника и сопротивлений от емкости. Из него найти усредненное значение произведения, , равное тангенсу угла наклона прямой f(C). Воспользовавшись экспериментально определенным значением Uз из упражнения 1, произведите расчет величины R.

б) При заданном  С = 3 10-3 мкФ установите другие значения сопротивлений (7-8 значений), например, в пределах до 107 Ом, занесите в табл. 3 и определите соответствующие им значения периода (точные значения сопротивлений, соответствующих номерам кнопок, возьмите из таблицы).

                                                                                                         Таблица 3

Сопротивление, Ом

Период Т, мс

Постройте график зависимости периода колебаний при заданном напряжении источника и емкости от сопротивления. Из него найдите усредненное значение произведения  , равное тангенсу угла наклона прямой f(R). Воспользовавшись экспериментально определенным значением Uз из упражнения 1, произведите расчет величины С.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какой процесс называется релаксационным?

2. Объясните устройство и принцип действия неоновой лампы?

3. Где находят применение релаксационные генераторы?

4. Покажите, что выражение (7) является решением уравнения (6).

5. Объясните принцип измерения больших сопротивлений и емкостей с помощью неоновой лампы.

6. Покажите, как по известным емкости С, сопротивлению и периоду колебаний Т определить средний ток, протекающий через сопротивление (или заряд за секунду).

55


R

U

UЗ

UГ

IЗ

I

н.л.

UН

C

I2

I1

I

          Рис.1.                                                  Рис. 2.

ФПЭ-12

V

R

C

R

QC

mA

mA

н.л.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

53655. Деление чисел с разными знаками 2.66 MB
  Организационный момент Учитель: Здравствуйте садитесь. Проверка домашнего задания учитель включает проектор со слайдом домашней работы на котором также отражены критерии оценки работы Учитель: Поменяйтесь тетрадями. ученики сверяют ответы Учитель: Критерий оценки: все решено верно – ставьте ПЯТЬ один минус – ЧЕТЫРЕ дватри минуса – ТРИ во всех остальных случаях – ДВА. Устная работа Таблица с правилом знаков на магнитной доске Учитель: повторим правило знаков для умножения внимание на магнитную доску.
53656. Сложение 36 KB
  Что обозначают точки Сравните эти ряды что вы заметили в 1ом ряду числа расположены в порядке возрастания в 2ом ряду в порядке убывания 2. слайд № 5 счет до 10 в прямом и обратном порядке Назову я вам число Всем известное оно.
53657. Смысл сложения. Выражение. Равенство 31.5 KB
  Оборудование: таблички со словами: выражение сумма слагаемые значение суммы равенства; кодоскоп с заданиями на пленке таблица Грибы счетный материал белки и грибы 30 шт. наборное полотно калькуляторы корзинки кондитерские грибы на ватмане рисунок Старичка моховичка схема объединения множеств. Приглашаю вас друзья По грибы сегодня я.Коля с мамой в лес ходил Там грибы он находил А когда домой пришел Все грибы сложил на стол.
53658. Прием вычитания с переходом через десяток 58.5 KB
  Записать на доске пример 124 Как можно вычесть 4 Можно вычесть 4 по частям. Убрать два круга из нижнего ряда Сколько мы вычли из 12 Сколько осталось кругов Записать 122=10 А нам надо вычесть 4. Дополнить первую запись 12 4 2 Затем убрать с наборного полотна еще два круга и записать: 12 – 2 2 Сколько кругов осталось Как мы из...
53659. Письменное сложение двузначных чисел с переходом через разряд 41 KB
  Работа одного ученика у доски остальные в тетрадях. Что нам нужно сделать Работают возле доски. Работа одного ученика возле доски остальные в тетрадях. Теперь что нам нужно сделать Какое действие будем выполнять Работа одного ученика возле доски остальные в тетрадях.
53660. Страна музыкальных инструментов 73 KB
  Цель урока: показать многообразие музыкальных инструментов; познакомить детей с различными видами музыкальных инструментов; освоить игру на детских музыкальных инструментах. Русский наигрыш полянка Слушание Исполнение песни детьми Слушание Слушание Слушание Игра детей на детских музыкальных инструментах закрепление материала...
53661. Что такое экология? 79.5 KB
  Формировать УУД: Личностные: способность к самооценке на основе критерия успешности учебной деятельности. Регулятивные УУД: умение определять и формулировать цель на уроке с помощью учителя; понимать учебную задачу урока; высказывать своё предположение; контролировать свои действия в процессе выполнения задания и исправлять ошибки делать выводы отвечать на итоговые вопросы урока и оценивать свои достижения; планировать своё действие в соответствии с поставленной задачей; Воспитывать культуру поведения при фронтальной работе при...
53662. ДИСПЛЕИ, МОНИТОР 288 KB
  В большинстве систем это взаимодействие осуществляется при помощи клавиатуры и или манипуляторов и экрана дисплея. Возникла необходимость оптимизировать характеристики экрана добиться более чёткого и устойчивого изображения чтобы избежать излишней утомляемости. Отличие алфавитноцифровых иногда говорят знакоместных и графических дисплеев состоит в том что: первые способны воспроизводить только ограниченный набор символов причём символы могут выводиться только в определенные позиции экрана чаще всего на экран можно вывести 24 или...
53663. Ученик и его окружение ( Schüleraustausch.internationale Jugendprojekte. Wollt ihr mitmachen?) 37.5 KB
  Könnt ihr einige nennenУченики называют организации по защите окружающей среды. Ученики отвечают положительно. 9 А Ученики читают текст чтобы ознакомиться с проблемой вырубка леса в Канадетакже комментарии к нему понимают его содержание используя словари. Работа с упр 10 Ученики делятся на 3 группы собирают пословицы;Такая форма работы важна для старшеклассниковтак как идет активное межличностное взаимодействие среди учеников.