28 | 07 | 2017
Учебные материалы
Для преподавателей
Работы студентов
Справочная и техническая литература
Статьи по темам

Изучение электрических колебаний с помощью электронного осциллографа - лабораторная работа

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 0.00 (0 Голосов)

Лабораторная работа - Изучение электрических колебаний с помощью электронного осциллографа.

Перейти к опыту.

Вопросы электронный осциллограф, его блок-схема и принцип работы. Устройство электронно-лучевой трубки, принцип ее работы.Сложение гармонических колебаний: a) направленных вдоль одной оси; б) направленных по взаимно перпендикулярным осям. Фигуры Лиссажу.

Литература:

Г. А. Зисман, О. М.Тодес. Курс общей физики/К.: Днипро, 1994.Т.2, .38,Т. п. 71-72. И. В.Савельев. Курс общей физики/М.:Наука,1970.Т.2,.65, Т. п. 53.

Приборы и оборудование:  электронный осциллограф, генератор звуковой частоты.

Электронный осциллограф

Электронный осциллограф - прибор для наблюдения (записи) функциональной связи минимум двух величин, преобразованных в электрический сигнал. Графическое изображение - осциллограмму изучаемой зависимости величин получают на экране электронно-лучевой трубки осциллографа.

Описание: http://www3.crimea.edu/tnu/structure/physic_fac/departments/general/common_phys/all/laba15/im1.jpg

Основные блоки электронного осциллографа: 1- электронно-лучевая трубка, 2- усилитель вертикального отклонения, 3- усилитель горизонтального отклонения, 4- генератор развертки, 5- блок питания.

Электронно-лучевая трубка представляет собой стеклянный баллон, из которого откачан воздух до давления 10-6мм рт. ст. (технический вакуум). На экран Э трубки нанесен изнутри слой люминофора - флюоресцирующего вещества, излучающего свет в зеленой части спектра в течение 10-14 с при бомбардировке его электронами. Из-за инерционности зрительного ощущения (0,1 с) мы видим на экране светящийся след электронного луча. Электронный луч формируется при термоэмиссии электронов с катода K и ускорении их в электростатическом поле, возникающим между катодом и анодами A1 и A2 . Фокусировка луча осуществляется в результате его прохода через диафрагмы в аноде A1 и из-за неоднородности электростатического поля между анодами A1 и A2 (электростатическая линза). Управление лучом осуществляется с помощью отклоняющих пластин П1 в вертикальном и П2 - в горизонтальном направлениях. Интенсивностью луча возможно управлять с помощью подачи на сетку С небольшого положительного (дополнительное ускоряющее поле) либо отрицательного потенциала (тормозящее поле) по отношению к катоду.
Отклонение электронного луча возможно при амплитуде исследуемого сигнала порядка 1B. Для увеличения амплитуды слабых исследуемых сигналов предназначены усилители вертикального 2 и горизонтального отклонения 3. Генератор развертки 3 служит для отклонения луча в горизонтальном направлении X с заданной частотой. При этом луч прочерчивает на экране горизонтальную линию. Исследуемый сигнал подается на вход Y и усиливается усилителем вертикального отклонения 2, тогда луч прочерчивает на экране соответствующую кривую. Но для исследования колебательных процессов необходимо, чтобы луч разворачивался на экране слева направо с необходимой частотой и быстро возвращался в исходную точку. Для этой цели генератор развертки должен создавать пилообразное напряжение, частота которого может регулироваться. За время, равное периоду колебаний T, луч разворачивается слева направо, а за период T0 возвращается справа налево и при этом гасится.

Синхронизация частоты развертки с частотой сигнала возможна как от внешнего источника, так и внутренняя, автоматически поддерживающая частоту развертки луча равную частоте сигнала.

Фигуры Лиссажу

Фигуры Лиссажу - замкнутые траектории, прочерчиваемые точкой, совершающей гармонические колебания в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Фигуры Лиссажу можно наблюдать с помощью осциллографа, подавая одновременно на вход X и вход Y (горизонтальные и вертикальные отклоняющие пластины) переменные напряжения кратных частот.

Описание: http://www3.crimea.edu/tnu/structure/physic_fac/departments/general/common_phys/all/laba15/im2.jpg

Рассмотрим фигуру, получаемую при подаче на вход X и Y синусоидальных напряжений:

Описание: http://www3.crimea.edu/tnu/structure/physic_fac/departments/general/common_phys/all/laba15/1.jpg

где Описание: http://www3.crimea.edu/tnu/structure/physic_fac/departments/general/common_phys/all/laba15/01.jpg- угол сдвига фаз напряжений, Описание: http://www3.crimea.edu/tnu/structure/physic_fac/departments/general/common_phys/all/laba15/02.jpg- круговая частота колебаний. Введем новые переменные Описание: http://www3.crimea.edu/tnu/structure/physic_fac/departments/general/common_phys/all/laba15/03.jpg, получаем

Описание: http://www3.crimea.edu/tnu/structure/physic_fac/departments/general/common_phys/all/laba15/2.jpg

Исключая время t из (2), получаем кривую в координатах (x, y) . Из первого уравнения (2) найдем: Описание: http://www3.crimea.edu/tnu/structure/physic_fac/departments/general/common_phys/all/laba15/04.jpgи подставим во второе, получаем Описание: http://www3.crimea.edu/tnu/structure/physic_fac/departments/general/common_phys/all/laba15/05.jpg. Возведем обе его части в квадрат, тогда окончательно получаем:Описание: http://www3.crimea.edu/tnu/structure/physic_fac/departments/general/common_phys/all/laba15/06.jpg

Описание: http://www3.crimea.edu/tnu/structure/physic_fac/departments/general/common_phys/all/laba15/3.jpg- уравнение эллипса.

В зависимости от значения Описание: http://www3.crimea.edu/tnu/structure/physic_fac/departments/general/common_phys/all/laba15/06a.jpgполучаем различно ориентированные эллипсы, в частности:

а) при Описание: http://www3.crimea.edu/tnu/structure/physic_fac/departments/general/common_phys/all/laba15/07.jpgиз (3) получаем уравнение окружности

Описание: http://www3.crimea.edu/tnu/structure/physic_fac/departments/general/common_phys/all/laba15/4.jpg

б) при Описание: http://www3.crimea.edu/tnu/structure/physic_fac/departments/general/common_phys/all/laba15/08.jpgполучаем прямую под углом Описание: http://www3.crimea.edu/tnu/structure/physic_fac/departments/general/common_phys/all/laba15/09.jpgк оси X.

Если Описание: http://www3.crimea.edu/tnu/structure/physic_fac/departments/general/common_phys/all/laba15/010.jpg, то фигуры будут двигаться на экране осциллографа.

В случае кратных частот колебаний получаем соответствующие фигуры Лиссажу:

а) при кратности частот Описание: http://www3.crimea.edu/tnu/structure/physic_fac/departments/general/common_phys/all/laba15/011.jpg:

Описание: http://www3.crimea.edu/tnu/structure/physic_fac/departments/general/common_phys/all/laba15/5.jpg

аналогично выводу (3) получаем:Описание: http://www3.crimea.edu/tnu/structure/physic_fac/departments/general/common_phys/all/laba15/012.jpg

Описание: http://www3.crimea.edu/tnu/structure/physic_fac/departments/general/common_phys/all/laba15/6.jpg

Если Описание: http://www3.crimea.edu/tnu/structure/physic_fac/departments/general/common_phys/all/laba15/08.jpgиз (6) получаем седло: Описание: http://www3.crimea.edu/tnu/structure/physic_fac/departments/general/common_phys/all/laba15/im3.jpg

Описание: http://www3.crimea.edu/tnu/structure/physic_fac/departments/general/common_phys/all/laba15/7.jpg

если Описание: http://www3.crimea.edu/tnu/structure/physic_fac/departments/general/common_phys/all/laba15/014.jpgиз (6) получаем обратную параболу:Описание: http://www3.crimea.edu/tnu/structure/physic_fac/departments/general/common_phys/all/laba15/015.jpg

б) при кратности частот Описание: http://www3.crimea.edu/tnu/structure/physic_fac/departments/general/common_phys/all/laba15/016.jpgполучаем фигуру Лиссажу типа короны с тремя пиками:Описание: http://www3.crimea.edu/tnu/structure/physic_fac/departments/general/common_phys/all/laba15/im4.jpg

в) при кратности частот Описание: http://www3.crimea.edu/tnu/structure/physic_fac/departments/general/common_phys/all/laba15/017.jpgполучаем кардиоиду: Описание: http://www3.crimea.edu/tnu/structure/physic_fac/departments/general/common_phys/all/laba15/im5.jpg

Таким образом, если нам известна фиксированная частота развертки по X, то, для ряда дискретных точек частоты сигнала, подаваемого на вход Y, можно определить его частоту по фигурам Лиссажу.

Опыт

Исследовать фигуры Лиссажу при подаче на вход напряжения контрольного сигнала с частотой Описание: http://www3.crimea.edu/tnu/structure/physic_fac/departments/general/common_phys/all/laba15/018.jpg=50 Гц, а на вход Y - с частотами Описание: http://www3.crimea.edu/tnu/structure/physic_fac/departments/general/common_phys/all/laba15/018.jpg=25 Гц, 50 Гц, 75 Гц, 100 Гц, 150 Гц, 200 Гц от звукового генератора.
Построить градуировочную кривую генератора.


Добавить комментарий


Защитный код
Обновить