ОБЩАЯ ФИЗИКА МАГНИТИЗМ И ЭЛЕКТРИЧЕСТВО (С.П. Степина, Н.Б. Бутко - Лабораторный практикум по курсу Общая физика. Электричество и магнетизм (исправленное издание 2018)), страница 8

Рие. 3. Развертка еинуеоидального нанрнженин Таким образом, смещая луч от точки А до точки В вдоль горизонтальной оси с постоянной скоростью, а потом мгновенно возвращая его от В к А и повторяя такую развертку многократно, мы сможем увидеть на экране неподвижную картину изменения 0(Г) в течение одного периода, если время движения пятна по экрану от А до В ~тз — го) равно периоду изменения У(Г). Если Гт — то = пТ, где и =целое число, то на экране мы получим п периодов изменения величины Цг).

После всего сказанного нетрудно видеть, что график изменения напряжения временной развертки должен иметь вид, изображенный на рис. 4, то есть быть пилообразным. Б Рис. 4. Пилообразиый характер зависимости С(г) Для получения такого напряжения в осциллографе смонтирован генератор пилообразного напряжения, принципиальная схема которого показана на рис. 5. Рис. 5. Прииииииалвиаи схема генератора развертки бб Принцип работы генератора основан на зарядке и разрядке конденсатора.

Подключив конденсатор С через сопротивление Вт к источнику постоянного напряжения Яа, мы получим нарастание напряжения на его обкладках, причем яР1 /е'ис оС® = с с (9) Рис. 6. Эксионенниальный характер зависимости Ус(т) Для получения напряжения„ которое линейно зависит от времени при зарядке конденсатора, как видно из формулы (9), достаточно заряжать его постоянным током 1о, тогда 17с~г) о г (10) При этом наклон зубцов «пилы» зависит от зарядного тока 1о и величины емкости С.

67 где д — количество электричества, .С вЂ” емкость конденсатора. Как известно, в этом случае Ус(Г) нарастает.по экспоненциальному закону до постоянной величины, равной напряжению источника. Разрядка конденсатора через сопротивление, происходит тоже по экспоненциальному закону, и если мы в момент ~ отключим С от источника напряжения и замкнем на сопротивление, то начнется разрядка конденсатора. Как видно из рис.

б, зарядка конденсатора происходит не по линейному закону, а разрядка — не мгновенно. 17с Обычно постоянство зарядного тока достигается тем, что вместо сопротивления Я используется электронная лампа (пентод), у которой анодный ток практически не зависит от величины анодного напряжения. Для практически мгновенной разрядки конденсатора и для регулирования процессом зарядки-.разрядки параллельно конденсатору подключается тиратрон Т (газонаполненная трехэлектродная лампа). Пока напряжение Ус на конденсаторе, а следовательно, на тиратроне меньше потенциала зажигания тиратрона У„внутреннее сопротивление тиратрона очень велико, ток через тиратрон не идет и конденсатор заряжается.

Как только напряжение на конденсаторе Ус достигнет значения У„тиратрон «зажигается», внутреннее сопротивление его становится очень малым, тиратрон практически накоротко замыкает конденсатор, который быстро разряжается до потенциала погасания тиратрона, после чего вновь начинается процесс зарядки конденсатора и т.д. Таким образом, с обкладки конденсатора снимается пилообразное напряжение. Ус Рне. 7. Пнлообразное напряжение 6.

Регулировка часготы Потенциал зажигания тиратрона У„а следовательно, и максимальное значение пилообразного напряжения зависят от напряжения на сетке тиратрона. При данном смещении на сетке тиратрона, то есть при данном У„частота развертки 68 (период), как видно из рис. 7, зависит от наклона «пилы», то есть от 1о и С (10).

Изменяя эти величины, можно изменять частоту и перекрыть весь нужный диапазон. 7. Синхронизация Для получения неподвижного изображения на экране необходимо, чтобы период напряжения развертки был кратен периоду исследуемого напряжения, то есть Тз = пТо. В противном случае картина не будет неподвижна. Однако вследствие нестабильности частоты генератора развертки или самого исследуемого напряжения соблюдение этого соотношения оказывается невозможным. Для согласования периодов используется синхронизация, осуществляемая следующим образом. Часть исследуемого напряжения подается на сетку тнратрона так, чтобы потенциал зажигания тиратрона Уз изменялся синхронно с частотой исследуемого напряжения.

Рассмотрим график, изображенный на рис. 8. Рис. 8. Принцип синхронизации Линия, параллельная оси абсцисс, изображает постоянное значение потенциала зажигания тнратрона Узо, обусловленное постоянным, напряжением на сетке тиратрона. Синусоида дает зависимость от времени потенциала зажигания, обусловленную исследуемым напряжением, которое для синхронизации подается на сетку тиратрона У, . Пусть за счет нестабильности генератора развертки его период изменяется на +ЬТс. Тогда пилообразное напряжение будет изображено пунктирными прямыми 1 и П. Зарядка конденсатора в генераторе развертки прекратится, когда он зарядится до потенциала У,с + У,г.

Но линия 1, соответствующая уменьшению периода развертки, пересекает кривую Ум выше прямой У,с, а следовательно, точка их пересечения лежит дальше по оси ~. Итак, благодаря действию У„время зарядки конденсатора увеличивается. Для линии П, соответствующей увеличению периода развертки, время зарядки уменьшается по той же причине. В результате получающееся колебание 2ЬТь' периода развертки оказывается меньше, чем колебания 2ЬТс периода генератора, то есть 2ЬТ~ < 2ЬТ~. Это условие наблюдается для синхронизирующего напряжения любой формы. При исследовании процессов высокой частоты получить без синхронизации устойчивое изображение процесса очень трудно, Порядок выполнения работы Упражнение 1.

Ознакомление с осциллографом. Ознакомиться с осциллографом С1-67 (С1-68). Изучить инструкции, определить назначение всех ручек управления. Соблюдая изложенный в заводском описании порядок, включить осциллограф, проверить управление лучом. Упражнение 2. Визуальное наблюдение сигналов.

Собрать схему (рис. 9а)., включить осциллограф в режим работы непрерывной развертки. 70 т =-Т с 2 а Рие. 9. Схема (а) и режим (б) иеирерывиой развертки Упражнение 3. Измерение чувствительности ос;а(иллограе(за. 1. Подать сигнал от генератора на вертикальный вход '(у) (рис. 9а). 2. Зафиксировав усиление, измерить размах синусоидального напряжения "У" на экране. 3. Измерить напряжение сигнала и на входе осциллографа с помощью вольтметра. Найти чувствительность: К = — [мм/мкВ1. 4.

Изменяя напряжение сигнала и; на входе осцилло' графа (усиление осциллографа не изменять), определить 1; . на экране. Выполнить измерения не менее пяти раз. Найти среднее значение К. Результаты занести в следующую таблицу. Таблица Т, мм К мм/мкВ Упражнение 4. Измерение амплитуды исследуемых сигналов. 1, Подать на вход осциллографа исследуемый сигнал от генератора. Установить ручку «усиление» в крайнее правое положение. 2. Совместить изображение сигнала с нужными делениями шкалы на экране. Отсчитать размах изображения по вертикали в делениях шкалы.

3. Определить величину исследуемого напряжения как произведение измерений величины в делениях шкалы на цифровую отметку переключателя «вольт/дел». 4. Проверить полученный результат, измерив исследуемое напряжение вольтметром. 5. Поочередно подавая синусоидальные и импульсные сигналы на вход осциллографа, проверить, что вольтметр показывает различное напряжение на входе при одной и той же высоте импульсов и синусоиды на экране. Убедиться, что эффективное напряжение, измеряемое вольтметром в случае синусоиды, отличается от амплитудного в ~Г2 раз.

Упражнение 5. Измерение частоты сигналов. 1. Получить и зарисовать несколько фигур Лиссажу 1рис. 10), зафиксировав частоту одного из генераторов и меняя частоту другого, 2. Определить отношение частот по числу точек пересечения на фигурах Лиссажу. Рис. 10. Схема 72 3. Используя один генератор, определить частоту по формуле 1 = —, где и — количество периодов сигнала гене- трр ратора, наблюдаемое на экране на отрезке длиной 1 делений шкалы при длительности развертки тр, Упражнение б. Исследование пилообразного напряжения. 1. Подать пилообразное напряжение (с выхода на боковой стенке осциллографа С1-68) на вход осциллографа С1- 67 (рис.

11). Рис. 11. Схема 2. Измерить амплитуду пилообразного напряжения в соответствии с упражнением 4. 3. Измерить частоту пилообразного напряжения с учетом формулы 1 = —. Например, если 8 периодов занимает сей 4 деления при длительности тр = 2 мкс/дел, У= — ', Гц= 1Ю'Гц, Приложение к лабораторной работе б Если действующие напряжения на Х и У пластинах изменяются соответственно как Х(с) = А ° сов(юс — а), У'(с) = В ° сов(ссс — Я, (1) где А и  — амплитуды; а, Р— начальные фазы колебаний, то уравнение траектории, которую описывает луч на экране осциллографа, можно получить, исключая в соотношениях (1) время Г.

Для этого соотношение (1) записываются в виде Х вЂ” „= созсоссоза+япшсяпа, (1") — = сов шс соя Р + 51п шс я1п р. в Умножение (1') на яп Р, а (1") — на яп а и последующее их сложение приведет к соотношению -япр — -япа = созшс ° яп(р — а). (2') А в Умножение (Г) на сов р, а (1") — на сов а с последующим сложением приводит к результату: -совр — -сова = япюе яп(р — а).