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

11 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

40927. Ґендерна соціалізація та становлення ґендерної ідентичності 154.5 KB
  Еволюційна теорія статі В. Нова психологія статі. В тричотири роки діти вже усвідомлено розрізняють стать навколишніх людей але часто асоціюють її з випадковими зовнішніми ознаками наприклад з одягом зачіскою і допускають принципову оборотність можливість зміни статі Хлопчик чотирьох років каже: Коли я виросту то стану жінкою. Кон вважає еволюційну теорію статі що її розроблено російським біологом В.
40928. Економічний розвиток і проблеми його дослідження в економічній теорії 137 KB
  Економічний розвиток і проблеми його дослідження в економічній теорії Економічний розвиток як основа розвитку суспільства Статичний і динамічний підхід до аналізу розвитку економічних систем і предмет ПЕ ІІ Сучасні підходи до вивчення інституціональних перетворень та економічного зростання. Інституціональні основи і складові економічного розвитку. Акцент на динамічності предмету вивчення на змінності економічних відносин залежно від суспільного розвитку. На щастя все наведене не повною мірою охоплює проблеми політекономії що свідчить про...
40929. Система физической защиты (СФЗ) ядерных материалов и ядерно-опасных объектов 214.5 KB
  Система физической защиты СФЗядерных материалов и ядерноопасных объектов Аннотация Понятие физической защиты. Определение системы физической защиты СФЗ важного объекта. Задачи СФЗ. Роль и взаимодействие компонентов СФЗ.
40931. Характеристика діяльності й особистості тренера-вчителя фізичної культури. 99.5 KB
  Характеристика діяльності й особистості тренера вчителя фізичної культури. Основні функції та здібності тренера вчителя фізичної культури. Вимоги до сучасного спортивного тренера. Психологічні аспекти діяльності тренера вчителя.
40932. Роль та місце навчання на заняттях фізичною культурою та спортом 110.5 KB
  Необхідно як правило попередньо навчитися цих рухів. Виключення можуть скласти лише природні види рухів фізичних вправ наприклад звичайна ходьба біг. У важкокординованих видах спорту прогрес спортивних результатів відбувається головним чином шляхом послідовного оволодіння технікою спортивних вправ удосконалювання структури рухів знаходження більше доцільних варіантів виконання їхніх окремих підсистем. Техніка спортивних вправ являє собою складну систему рухів що складає з окремих підсистем.
40933. Олимпийские игры современного цикла 116.5 KB
  Характеристика Игр Олимпиад второго периода 1920-1948 гг. Характеристика Игр Олимпиад третьего периода 1952-1988 гг. Характеристика Игр Олимпиад четвёртого периода 1992-2000 гг.
40934. Методика навчання гімнастичних вправ 100.5 KB
  Методика навчання гімнастичних вправ План Завдання навчальнопедагогічного процесу з теорії та методики викладання гімнастики. Принципи навчання гімнастичних вправ. Етапи навчання гімнастичних вправ. Методи прийоми й умови навчання гімнастичних вправ.
40935. Самоконтроль на заняттях з легкої атлетики 31.5 KB
  Самопочуття після занять фізичними вправами повинне бути бадьорим настрій гарним людина не повинна почувати головного болю розбитості й відчуття стомлення. Як правило при систематичних занять спортом сон добрий зі швидким засипанням і бадьорим самопочуттям після сну. Вживати їжу відразу після занять не рекомендується краще почекати 3060 хвилин. Щоденник самоконтролю служить для обліку самостійних занять фізичною культурою й спорту а також реєстрації антропометричних змін показників функціональних проб і контрольних випробувань...