50069

Свободные (затухающие) колебания в последовательном RLC-контуре

Лабораторная работа

Физика

Цель работы: наблюдение затухающих колебаний на экране осциллографа и экспериментальное определение характеристик колебаний и параметров контура. Краткие теоретические сведения: Уравнение свободных колебаний в последовательном RLC –контуре рис.1 может быть получено из второго правила Кирхгофа: Uc UR = es где Окончательно уравнение принимает вид 1 где Решением уравнения 1 при малом затухании b2 wо2 является функция описываемая уравнением...

Русский

2014-01-15

116 KB

30 чел.

Лабораторная работа № 6.22*

Свободные (затухающие) колебания в последовательном RLC-контуре.

Цель работы: наблюдение затухающих колебаний на экране осциллографа и экспериментальное определение характеристик колебаний и параметров контура.

Приборы и принадлежности: генератор прямоугольных импульсов (в блоке ГН1), цифровой осциллограф PicoScope 2203,  стенд С-ЭМ01, соединительные провода.

Краткие теоретические сведения:

Уравнение свободных колебаний в последовательном RLC –контуре (рис.1) может быть получено из второго правила Кирхгофа:

Uc +UR = es,

где

Окончательно уравнение принимает вид

,                                      (1)

где

Решением уравнения (1) при малом затухании (b2<<wо2) является функция, описываемая уравнением

                             ,                                                   (2)

где w-частота затухающих колебаний, b-коэффициент затухания, - начальная фаза, -максимальное напряжение на конденсаторе

Период затухающих колебаний Т при малом затухании можно приближенно считать равным периоду незатухающих колебаний Т0

.                          (3)

Важной характеристикой затухающих колебаний является логарифмический декремент затухания , характеризующий уменьшение амплитуды колебаний за один период

        ,                                 (4)

где Uc(t)-амплитуда затухающих колебаний в момент времени t; Uc(t+T)- амплитуда затухающих колебаний через период в момент времени t+T.

При малом затухании (w » wо) для l можно использовать формулу

                                                    ,                                                                  (5)

где Rконт- общее активное сопротивление контура.

                                                         ,                                                          (6)

где R – внешнее сопротивление, r – внутренне сопротивление источника тока, - активное сопротивление катушки.

Критическое сопротивление контура, при котором колебательный процесс переходит в апериодический, может быть найдено из условия bкр=wо.

                                                             .                                              (7)

Добротность контура Q равна

                                                          .                                                 (8)

                      Порядок выполнения работы

  1.  Соберите схему, приведённую на рис. 3. По указанию преподавателя подключите нужный вариант катушки индуктивности (L1 или L2) и емкость С1. При подключении осциллографа соблюдайте полярность. Включите внутреннее сопротивление ГН1 (кнопка «Rвн» нажата). Установите частоту 1200 Гц.
  2.  Запустив программу «PicoScope», включите цифровой осциллограф.
  3.  Для канала А установите на панели настройки канала автоматический диапазон входного сигнала осциллографа.
  4.  Нажав клавишу автоматической установки на панели захвата изображения, получите оптимальное изображение сигналов на осциллографе.
  5.  На панели захвата изображения измените коэффициент развёртки, выбрав в меню выбора коэффициента развёртки такое значение, при котором на экране осциллографа будет полностью отображаться процесс затухания 1-2 колебаний (см. рис. 2).

Примечание: приставка μ перед единицами измерений означает микро-, приставка m – мили-, приставка n – нано-.

  1.  Остановите обработку данных осциллографом, нажав на панели Запуска/Остановки в левом нижнем углу экрана клавишу «Стоп» .

Примечание: функции панели увеличения , а также  меню растяжки по горизонтали на панели захвата изображения позволяют выбирать для просмотра отдельные участки сигнала и менять их масштаб. Например, увеличив масштаб (следовательно, и точность измерений),  можно разместить на экране только один период  или сдвинуть полученную осциллограмму относительно горизонтальной или вертикальной осей для удобства вычислений.  

  1.  Определите период затухающих колебаний при нулевом сопротивлении R. Для этого щёлкните левой кнопкой мыши на соседние максимумы кривой, при этом на экране отобразятся соответствующие им моменты времени. Период равен разности этих времён. Результаты занесите в таблицу 1.
  2.  Отожмите клавишу «Стоп» .
  3.  Проделайте пункты 1-8 для емкостей С2 и С3.
  4.  Для одной из ёмкостей (по указанию преподавателя) определите Uc(t) и Uc(t+T) по вертикальной шкале на экране осциллографа. Полученные результаты занесите в таблицу 1.
  5.  Наблюдая сигнал на осциллографе при выбранном значении ёмкости, доведите величину переменного сопротивления R до значения, при котором периодический процесс переходит в апериодический. Полученное значение Rк занесите в таблицу 2.
  6.  Используя формулы (3), (4), (8), рассчитайте индуктивность контура L, логарифмический декремент затухания λ и добротность Q при R = 0. Результаты занесите в таблицу 1.
  7.  Рассчитайте абсолютную и относительную погрешности индуктивности ΔL и εL по методу косвенных невоспроизводимых измерений.
  8.  По формуле (5) рассчитайте значение Rконт. Определите значение (r + rL) по формуле (6) при R = 0. Результат занесите в таблицу 2.
  9.  Получите опытное значение критического сопротивления Rкрит, подставив значение    R = Rк в формулу (6).
  10.  Рассчитайте теоретическое значение критического сопротивления Rкр по формуле (7). Сравните его с опытным значением и отразите это в выводе.

Таблица 1

Сi,мкФ

Тi, мкс

Uc(t), дел.

Uc(t+T), дел.

l 

Q

Li, мГн

<L>, мГн

DL, мГн

e, %

1

2

3

Ёмкость по указанию преподавателя ______________

Индуктивность по указанию преподавателя ___________

Таблица 2

С, мкФ

<L>, мГн

l

(r+rL), Ом

Rк, Ом

Rкрит., Ом

Rкр. теор., Ом

Контрольные вопросы

1. Дифференциальное уравнение колебаний в последовательном RLC –контуре.

2. График затухающих колебаний. Коэффициент затухания, частота и период колебаний.

3. Логарифмический декремент затухания, добротность контура.

4. Определение индуктивности контура в лабораторной работе.

5. Определение логарифмического декремента затухания.


Рис. 1

Рис. 3


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

20973. Управление учётными записями пользователей MS Windows 84.5 KB
  1] Лабораторная работа № 5 [1] Управление учётными записями пользователей MS Windows [2] Оглавление [2.5] Критерии оценки работы Цели работы Освоение средств администратора операционной системы MS Windows таких как: регистрации пользователей и групп в системе определения их привилегий определения параметров политики безопасности относящихся к аутентификации и авторизации пользователей при интерактивном входе Основные понятия Идентификацию и аутентификацию можно считать основой программнотехнических средств безопасности поскольку...
20974. Реализация политики безопасности в MS Windows 93 KB
  1] Лабораторная работа № 6 [1] Реализация политики безопасности в MS Windows [2] Оглавление [2.3] Политика безопасности [2.6] Критерии оценки работы Цели работы освоения средств администратора и аудитора защищенных версий операционной системы Windows предназначенных для: определения параметров политики безопасности; определения параметров политики аудита; просмотра и очистки журнала аудита.
20975. Ассоциативные списки и списки свойств 23.98 KB
  DEFUN F27 L COND NULL L NIL T CONS LENGTH CDR CAR L F27 CDR L пример SETQ SCLAD 'PROCESSORS MATHERBOARDS MEMORY PUT ‘PROCESSORS ‘CORE2DUO 5 PUT ‘PROCESSORS ‘CORE2EXTREME 8 PUT ‘MATHERBOARDS ‘ASUSp6t7 1 PUT ‘MATHERBOARDS ‘ASUSp6t6 12 PUT ‘MATHERBOARDS ‘INTELdp55kg 34 PUT ‘MEMORY ‘DDR 23 PUT ‘MEMORY ‘DDR2 34 PUT ‘MEMORY ‘DDR3 15 PUT ‘MEMORY ‘SDRAM 15 F27 SCLAD = 2 3 4 Исходный список содержит имена объектов списки свойств которых содержат некоторую информацию. DEFUN F29 L X COND...
20976. Создание фреймов и извлечение информации из них 22.85 KB
  Создать фреймы, описывающие фрагмент библиотечной системы, содержащие как декларативную, так и процедуральную (в том числе использующую переменные ФРЛ-среды) составляющие.
20977. Организация сетей фреймов 33.02 KB
  setq TodayYear 2010 deframeq Book1 Nazvanie value Programmirovanie_na_FRL Author value Book2 status: indirect slot: author Year value 2003 PageNum value 672 Popularity value 2000 Quantity value GetQuantity PARM: TodayYear STATUS: EVAL deframeq Book2 Nazvanie value Programmirovanie_na_LISP Author value Chernov_PBajdun_VBunin_A Year value 1993 PageNum value 40 Popularity value 600 Quantity value GetQuantity PARM: TodayYear STATUS:...
20978. Присоединённые процедуры. Организация сетей фреймов 25.93 KB
  deframeq flat1 Street value Prospect_Mira house value 8 flat value 10 floor value 2 square value 85 roomsnumber value 2 priceclass value 1 price value GetPrice status: eval deframeq flat2 Street value Gagarina house value 1 flat value 123 floor value 18 square value 78 roomsnumber value 3 priceclass value 2 price value GetPrice status: eval deframeq flat3 Street value Lesnaya house value 6 flat...
20979. Рекурсивная обработка числовой информации 18.16 KB
  DEFUN F1_1 M N COND = M N M M T M M F1_1 M 1 N DEFUN F1 M N COND OR = TYPE M INT = TYPE N INT WRONG_ARGUMENT_TYPE = N M F1_1 M N T F1_1 N M Определить наибольший общий делитель двух заданных чисел. Используем формулу DEFUN F2 A B A B F3 A B Определить наименьшее общее кратное двух заданных чисел. DEFUN F3 A B COND = B 0 A = A 0 B = A B F3 A B B T F3 A B A Вычислить квадратный корень из заданного числа....
20980. Рекурсивная обработка списковой информации 23.34 KB
  DEFUN F7_1 L COND NULL L 0 LISTP CAR L F7_1 CAR L F7_1 CDR L T IF NUMBERP CAR L CAR L F7_1 CDR L F7_1 CDR L DEFUN F7 L COND NOT LISTP L Error_Not_list T F7_1 L Определить максимальную глубину списка произвольной структуры. DEFUN F8_1 L COND NULL L 1 ATOM CAR L F8_1 CDR L T MAX 1 F8_1 CAR L F8_1 CDR L DEFUN F8 L COND NOT LIST L Error_Not_list T F8_1 L 1 Найти максимальный элемент в числовом списке...
20981. Конструирующая рекурсия 20.47 KB
  DEFUN F11_2 X L COND NULL L T = 0 REM X CAR L NIL T F11_2 X CDR L DEFUN F11_1 X Y S IF = 2 Y SETQ S NIL SETQ S F11_1 N Y 1 COND AND = 0 REM X Y F11_2 Y S CONS Y S T REVERSE S DEFUN F11 N COND OR NOT INTEGERP N NOT PLUSP N Error_Not_Integer = N 1 NIL T F11_1 N N Реверсировать элементы списка произвольной структуры на всех уровнях. DEFUN F12_1 L COND NULL L ' ATOM CAR L APPEND F12_1 CDR L LIST CAR L LISTP CAR L APPEND...