1.2. Лабораторная работа № 15

Изучение свободных затухающих колебаний в колебательном контуре, имеющем активное сопротивление.

Цель работы:

1. Изучить теорию свободных затухающих колебаний.

2. Получить осциллограммы затухающих колебаний

3. Измерить период колебаний в зависимости от параметров контура.

4. Определить добротность контура в зависимости от параметров R, L, C.

5. Пронаблюдать переход от периодического к апериодическому режиму разряда конденсатора и измерить критическое сопротивление.

Приборы: ПИ - генератор прямоугольных импульсов;

R - Магазин сопротивлений;

C - магазин емкостей;

L - магазин индуктивностей;

Осциллограф;

Генератор ГПИ вырабатывает периодические прямоугольные импульсы (рис.9а), длительность и частота повторения которых может быть установлена с помощью регуляторов на панели прибора. Эти импульсы периодически заряжают конденсатор, а в промежутках между импульсами конденсатор свободно разряжается, т.е. контур оказывается в режиме, который описывается уравнением (4). Если длительность импульсов много меньше промежутка между импульсами Т, то за промежуток времени конденсатор практически полностью разряжается и с наступлением нового импульса, процесс будет повторяться сначала.

Если теперь на "y" - пластины осциллографа подать напряжение с конденсатора, а на "X" - пластины - напряжение с генератора развертки осциллографа и подобрать его частоту так, чтобы частота пилообразного напряжения (рис.9б) была равна частоте следования импульсов (рис.9а), то на конденсаторе будет происходить периодический процесс разрядки (рис.9в), а на экране осциллографа получится неподвижная картина (рис.9г)

Рис.9. Зависимости напряжений от времени, объясняющие принцип получения осциллограмм

Для измерения периода колебаний подобрать, изменяя часто ту генератора развертки, такой масштаб времени по оси Х, чтобы на экране наблюдалось 1-2 колебания. Теоретически период рассчитывается по формуле (22) или (24). Для определения логарифмического декремента и добротности контура удобнее, когда на экране расположена полная картина затухания. Логарифмический декремент колебаний экспериментально определяют, измеряя амплитуды колебаний двух последующих амплитуд или амплитуды n-го и n+k колебания и рассчитывают соответственно по формулам (25) или (26). Добротность экспериментально определяется по формуле (31), а теоретически рассчитывается из соотношения (32). При определении логарифмического декремента колебаний не следует в качестве n-го колебания брать первый импульс, т.к. при этом контур может находиться не совсем в свободном режиме.

Определение критического режима производится визуально путем наблюдения характера разряда на осциллографе при постепенном увеличении сопротивления контура и теоретически по формуле (I2).

Студент должен получить у преподавателя одно из заданий и приступить к измерениям.

Правила техники безопасности полностью соответствуют "Инструкции Ф-19 на безопасное выполнение работ в электрической лабораторий общего физического практикума"

Задание № I

1. Составить колебательный контур с параметрами Rмаг=200 Ом, L = 30 мГн.

2. Измерить в зависимости от емкости период колебаний и добротность контура.

3. Рассчитать период колебаний и добротность контура теоретически. Все результаты занести в таблицу.

4. Построить графики зависимостей Т(С) и Q(C). На каждом из них должно быть две кривые: экспериментальная и теоретическая.

5. Оценить для одной из точек на каждой кривой погрешность измерения.

6. Найти зависимость критического сопротивления от емкости (теоретически и экспериментально). Результаты представить в таблице и графически.

7. Сделать выводы.

Задание № 2

Выполнить задание № I для колебательного контура с параметрами Rмаг=100 Ом; L=10 мГн.

Задание № 3

1. Составить колебательный контур с параметрами:

Rмаг=100 Ом, С= Ф.

2. Измерить зависимость периода колебаний и добротности контура от индуктивности.

3. Рассчитать период колебаний и добротность контура теоретически. Результаты занести в таблицу.

4. Построить графики зависимостей Т=f(L) и Q=f(L). На каждом на них должно быть две кривые: экспериментальная и теоретическая.

5. Оценить для одной из точек на каждой кривой погрешность измерений.

6. Найти зависимость критического сопротивления от индуктивности (теоретически и экспериментально). Результаты занести в таблицу и построить обе кривые на одном графике

7. Сделать выводы.

Задание № 4

Выполнить задание № 3 для колебательного контура с параметрами Rмаг=50 Ом, С= Ф.