Порядок выполнения работы. Задание 1. Снятие резонансных кривых

Задание 1. Снятие резонансных кривых

1. Установить переключателями магазина емкостей С = 20 нФ и переключателями магазина сопротивлений R = 0. Установить частоту f выходного сигнала звукового генератора около 3‑4 кГц, напряжение U _Г = 4 В (в дальнейшем следует поддерживать это значение при всех измерениях). Установить органы управления на панелях осциллографа в положение, обеспечивающее наблюдение переменного напряжения во временной развёртке. Установить переключатель выбора синхронизации развертки в режим синхронизации внешним сигналом. Период горизонтальной временной развёртки установить таким, чтобы можно было наблюдать сигналы частотой порядка 1‑10 кГц. Усиление k _Y по входу вертикального отклонения луча осциллографа установить таким, чтобы можно было измерять переменные напряжения амплитудой до 4 В. После включения всех приборов на экране осциллографа должно появиться изображение синусоиды. Устойчивость изображению можно придать путём регулировки частоты и уровня внутренней синхронизации осциллографа (для этого предусмотрены регуляторы на лицевой панели осциллографа).

2. Изменяя частоту f выходного сигнала генератора найти такую частоту, при которой амплитуда колебаний на экране осциллографа была бы максимальной (резонанс). С помощью осциллографа измерить найденную резонансную амплитуду синусоидального напряжения и период колебаний. Результаты измерения занести в табл. 1.

3. Изменяя частоту генератора по обе стороны от резонансной частоты найти такие частоты, при которых амплитуда колебаний была бы примерно втрое меньшей по сравнению с резонансной амплитудой. Занести результаты в табл. 1.

4. Измерить амплитуды колебаний при других значениях частоты в диапазоне частот, найденных в п.3. При этом значения частот необходимо выбирать так, чтобы наиболее точно описать зависимость U ₀(T). В частности, вблизи резонанса следует сканировать с минимально возможным шагом по частоте. Всего рекомендуется получить не менее 10 точек зависимости U ₀(T). Результаты измерений занести в табл. 1.

Таблица 1

C = …… нФ; R = …… Ом; U _Г = …… В

T ± DT, мс	f ± Df, кГц	U 0± DU 0, В	I 0± DI 0, А

Примечание. Пренебрегая приборными погрешностями коэффициентов отклонения k _X и k _Y электронного луча осциллографа, учесть только погрешности визуального отсчета величин T и U ₀ на экране осциллографа: DT = 0.1 k _X, DU ₀= 0.1 k _Y.

5. По формуле f = 1 /T пересчитать все измеренные значения периодов в частоты. Для каждого значения частоты рассчитать амплитуду тока в колебательном контуре по формуле:

, (24)

где R ₀ = (80 ± 1) Ом. Результаты измерений занести в табл. 1.

6. Привести амплитуды тока к отношению: (I ₀ / I _{0 MAX} ), где I _{0 MAX} – резонансная амплитуда тока в колебательном контуре. Результаты занести в табл. 1.

7. Установить сопротивление магазина R = 500 Ом. Повторить п.2‑6, результаты записать в таблицу, подобную табл. 1.

8. На одном чертеже построить обе зависимости (I ₀ / I _{0 MAX} ) от f (при R = 0 и R = 500 Ом).

9. По полученным графикам найти добротность Q контура для каждого из случаев следующим образом: по уровню (I ₀ / I _{0 MAX} ) @ 0.71 определить относительную ширину резонансной кривой (Df / f_P) @ 1/ Q. Отсюда найти Q. Оценить погрешность DQ.

Задание 2. Определение зависимости резонансной

частоты от емкости С

1. Установить сопротивление R = 0, емкость С = 10 нФ.

2. Включить осциллограф в режим наблюдения фигур Лиссажу. Получить на экране осциллографа изображение эллипса (см. рис. 6). Изменяя частоту звукового генератора, добиться превращения эллипса в прямую, расположенную примерно под углом 45⁰ к оси Х. При необходимости подобрать более удобный коэффициент усиления k _Y по вертикали. При этом частота генератора равна резонансной частоте f _P. Значение f _Pзанести в табл. 2.

3. Провести измерения f _P при других значениях С = 5, 15, 20, 25, 30, 40, 50 нФ. Результаты фиксировать в табл. 2.

Таблица 2

С, нФ
f P, кГц
Z

4. Вычислить значения . Результаты занести в табл. 2. Погрешности при этом оценивать не обязательно.

5. Построить график зависимости Z (С), аппроксимируя его уравнением вида y=ax, и методом наименьших квадратов вычислить тангенс угла наклона полученной прямой к оси абсцисс, равный индуктивности. Оценить погрешность определения индуктивности исходя из доверительной вероятности 0.9 (коэффициент Стьюдента для 8-ми измерений принять равным 2). Результат представить в виде L ± DL.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1) Выведите формулу зависимости амплитуды тока в КК от частоты ЭДС.

2) Выведите формулу для вычисления сдвига фаз с помощью фигур Лиссажу.

3) Что такое резонанс?

4) Что такое добротность КК?

5) Покажите, что резонанс токов наступает при частоте ЭДС W = w ₀.

Литература: [1].

Дата добавления: 2015-05-06