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

14 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

67487. Основы экологического права 216 KB
  Экологическое право является важным инструментом используемым государством в интересах сохранения и рационального использования окружающей природной среды. Нормами экологического права следует считать правила поведения регулирующие отношения людей по поводу охраны и использования окружающей природной среды.
67488. Конфликтология как наука: объект, предмет, функции, методы исследования конфликтов 127.5 KB
  Конфликтология как наука: объект предмет функции методы исследования конфликтов Ключевые понятия лекции Структура конфликта Принцип детерминизма Динамика конфликта Принцип системности Разрешение конфликта Принцип развития Конфликтное взаимодействие Структурно-функциональный...
67489. Эволюция конфликтологической мысли 375 KB
  Эволюция конфликтологической мысли Рассматриваемые в лекции вопросы Накопление знаний о конфликтах в Древнем мире Средние века и Новое время Развитие конфликтологии в рамках психологической науки XIXXX вв. Становление теории конфликта как самостоятельной области научных исследований.
67490. Динамика развития конфликта: основные этапы и их характеристика 189 KB
  Динамика развития конфликта: основные этапы и их характеристика Ключевые понятия лекции Динамика конфликта Завершение конфликта Конфликтная ситуация Послеконфликтный период Открытый конфликт Компромисс Инцидент Профилактика конфликта Социальная напряженность Создание образа...
67491. Стратегии разрешения конфликтов 260 KB
  Стратегии разрешения конфликтов Рассматриваемые в лекции вопросы Стратегии разрешения конфликта и их характеристика по схематической сетке К. Киллмена Тактики разрешения конфликта и механизмы их практического осуществления Ключевые понятия лекции Избегание уклонение Приспособление...
67492. Технология управления конфликтами 1 MB
  Технология управления конфликтами Рассматриваемые в лекции вопросы Методы диагностики конфликта и их характеристика Методы профилактики конфликта. Социально-психологические и организационные методы предупреждения конфликтов Технология управления процессом протекания конфликта...
67493. Урегулирование конфликтов с участием третьей стороны 396 KB
  Урегулирование конфликтов с участием третьей стороны. Рассматриваемые в лекции вопросы Третья сторона в конфликте: понятие статус предпосылки участия и виды вмешательства Формы участия и степень властных полномочий третьей стороны в урегулировании конфликта.
67494. Переговоры как способ урегулирования конфликтов 658.5 KB
  Во многих исследованиях, посвященных анализу переговорного процесса, термин «переговоры» используется для обозначения широкого круга ситуаций, в которых люди пытаются обсудить те или иные проблемы, согласовать какие-либо действия...
67495. Стили ведения переговоров 314 KB
  Стили ведения переговоров Рассматриваемые в лекции вопросы: Жесткий стиль переговоров и его характеристика. Противодействие тактике жесткого стиля Мягкий стиль ведения переговоров: сущность условия и методики применения Торговый стиль ведения переговоров: особенности и область применения.