Лаб. 123 Резонанс токов (1188619), страница 2
Текст из файла (страница 2)
1а и рис. 3.Рис. 3. Общий вид установки.2. Поверните ручку AMPL на генераторе GFG-8255A в вытянутом состоянии в крайнее левоеположение, включите генератор, нажмите кнопку “ ” (синус) в нижнем ряду и кнопку“10k” (пятый частотный поддиапазон) в верхнем ряду, выставьте частоту ручкой FREQUENCY около 24 кГц, если переключатель ёмкостей стоит в положении 3, как на рис. 3.Погрешность установки частоты генератора GFG-8255A в пятом поддиапазоне составляет1 Гц.3. Включите питание блока «Резонанс токов» тумблером ВКЛ.4.
Включите вольтметры и переведите их в режим измерения переменного напряжения с автоматическим выбором предела измерения, нажав кнопки ACV и AUTO/MAN. При этом натабло вольтметров должны появиться крупные цифры, а на нижней строке – мелким шрифтом надписи AUTO и AС. Погрешность вольтметров GDM-8245 в интересующем нас диапазоне частот5..Вращая ручку AMPL на генераторе GFG-8255A, выставьте с максимальной точностью навходе контура среднеквадратичное значение напряжения E, заданное преподавателем (впределахмВ), контролируя его по показанию 1-го вольтметра (см.
рис. 3).6. Включите осциллограф GOS-620, краткое описание которого находится на рабочем столе, вследующем режиме.- Развёртка (панель HORIZONTAL): ручка плавной развёртки SWP.VAR – в крайнем правом положении, ручка TIME/DIV – в положении “10 μ”, если переключатель ёмкостейстоит в положении 3, как на рис. 3.- Синхронизация (панель TRIGGER): кнопка TRIG.ALT – отжата, мода – NORM, источник– CH 1, кнопка SLOPE (полярность) – нажата, ручка уровня LEVEL – в положении “0”.- Вертикальное отклонение (панель VERTICAL): вход каналов – AC, кнопка ALT/CHOP –отжата, мода – DUAL, кнопка CH2 INV – нажата (для изменения полярности).Отцентрируйте по оси Y положение осей X обоих каналов. Для этого, не меняя источника синхронизации (CH1), заземлите СH2, поставив переключатель вида сигнала в положение GND, и ручкой VERTICAL POSITION приведите луч СH2 к середине экрана.
Верните7переключатель вида сигнала СH2 в положение AC. Проделайте ту же процедуру для CH1,выбрав СH2 в качестве источника синхронизации. После настройки снова сделайте источником синхронизации CH1, не забыв вернуть его в положение АС.При правильно выставленном режиме на экране осциллографа должны появиться двесинусоиды. Подберите удобные для измерений частоты развёрток ручкой TIME/DIV и усиления каналов ручками VOLTS/DIV. Картина на экране осциллографа должна выглядетьпримерно так, как на рис. 3.
Начало развёртки лучей специально сдвинуто ручкой HORIZONTAL POSITION на видимую часть экрана, чтобы проверить настройку синхронизации:луч CH1 должен выходить из начала координат с отрицательным наклоном и быть симметричным относительно оси Х. Для устранения возможной асимметрии воспользуйтесь ручкой уровня LEVEL на панели TRIGGER.7. Меняя частоту f генератора, убедитесь по осциллографу и вольтметрам, что у синусоидыменяется амплитуда и фаза относительно начала координат, тогда как синусоида«привязана» к началу отсчёта, а её амплитуда остаётся неизменной с относительной погрешностью не более 1%.
Теперь можно приступить к измерениям.8. Для контуров с семью различными ёмкостями, меняя их с помощью переключателя на блоке, измерьте резонансные частотыженияи напряжения. Регистрируйте также напря-, игнорируя отклонения в пределах относительной погрешности 1%.Состояние резонанса определяйте по максимуму напряжения, измеряемого вольтмет-ром и наблюдаемого на экране осциллографа.
Приближение к резонансу удобно наблюдатьпо фигуре Лиссажу на экране осциллографа в режиме X-Y, который включается поворотомручки TIME/DIV в крайнее левое положение. При этом фигура Лиссажу представляет собойэллипс, вырождающийся почти в резонансе в прямую линию с положительным наклоном.8.* Дополнительное упражнение. Проделайте измерения п.8 для напряжения E, враза от-личающегося от заданного в п.5 и использованного в п.8.9.
Для контуров с двумя разными ёмкостями (по указанию преподавателя) снимите амплитудно-частотные характеристикидля значений(16-17 точек в суммепо обе стороны от резонанса) при том же напряжении E, что и в п.8.10. Для тех же двух контуров снимите фазово-частотные характеристикидля значений(16-17 точек в сумме по обе стороны от резонанса) при том же напряжении E, что и в п.8.Перед выполнением этой части работы измените с помощью ручек POSITION иTIME/DIV горизонтальной развёртки настройки осциллографа таким образом, чтобы картинка на экране имела вид, подобный представленным на рис.
4. Из осциллограмм рис. 4видно, что синхронизующий сигнал«привязан» к общему началу отсчёта времени инапряжений на экране, лежащему на оси X координатной сетки экрана, и оба сигнала симметричны относительно этой оси.8Рис. 4. Осциллограммы сигналов.иЕсли это не так, то следует повторить процедуру центрировки горизонтальных осей каналов, как описано в п.6.Расстояниеот начала отсчёта до точки первого обращения в нуль напряженияна участке спада характеризует разность фазсигналов. Эта величина, выраженная в ра-дианах, очевидно, даётся формулой, гдедо точки первого обращения в нуль напряжения– расстояние от начала отсчётана участке подъёма, соответствую-щее полупериоду этого сигнала.
Так, на осциллограммах рис. 4(слева) и(справа).Обработка и представление результатовНастоятельно рекомендуется для обработки и представления результатов измерений использовать электронные таблицы (например, Microsoft Excel) или Mathcad.11. Результаты измерений п.8 внесите в табл. 1 (ЗАГЛАВНЫМИБУКВАМИв круглых скобках в та-блице записаны названия соответствующих функций в Microsoft Excel).Табл. 1, нФC1---C7,кГц----------В----------E, В----------L,мкГнρ, Ом----------Ом--------------------Q----------Ом----------,Ом----------Ом----------Среднее значение: СРЗНАЧ(--:--)--------Среднеквадратичная погрешность среднегозначения: КОРЕНЬ((КВАДРОТКЛ(--:--))/(n*(n-1)))--------Коэффициент Стьюдента----------------Случайная погрешностьдля n=7, α=0,95В первый столбец этой таблицы запишите значения ёмкостейтабличке на корпусе блока «Резонанс токов».
Для каждого значения, приведённые впо формуламвводной части и данным эксперимента проведите последовательно расчёт L, ρ,. Затем определитеи9Q,, где угловыми скобкамиотмечено среднее значение, а символом– случайная погрешность величини,полученных в результате косвенных измерений, проделанных в работе. Оцените вкладактивных потерь в конденсаторах, представленных в табл. 1 сопротивлениемрассчитанным для максимального значения,, в суммарное активное сопротивле-ние контура.
Оцените влияние погрешностей приборов на результаты измерений.11.*Дополнительное упражнение. Выполните задание п.11 для данных, полученных в п.8*.Сравните с результатами п.11. Объясните причины расхождения результатов, если ониобнаружатся.12. По данным измерений п.9 постройте на одном графике амплитудно-частотные характеристики в координатах,для выбранных контуров. Проведите сравнительный анализхарактеристик.13.
По данным измерений п.9 также постройте на одном графике амплитудно-частотные характеристики в безразмерных координатах,. По ширине резонансныхкривых на уровне 0,707 определите добротности Q соответствующих контуров. Оценитепогрешности. Сравните эти величины с данными табл. 1 из п.11.14.
По данным измерений п.10 постройте на одном графике фазово-частотные характеристикив координатах,для выбранных контуров. По этим характеристикамопределите добротности контуров одним из двух способов: по формулеприили по расстоянию между точками по оси x, в которых y меняется от, равномудо. Оцените погрешности. Сравните с результатами пп.11, 13.15.
По данным табл. 1 постройте зависимостьв системе координат с началом в точке; нанесите на график прямую. Назовите возможные причины измененияс частотой.16. По данным табл. 1 из п.11 постройте векторную диаграмму (см., например, [1], с. 41) токов инапряжений для контура с наименьшей добротностью в резонансном состоянии. Ось абсцисснаправьте по вектору . Масштаб по этой оси сделайте в 2 раза более крупным, чем по осиординат.Контрольные вопросы1. Приведите определение добротности колебательного контура в «энергетических» терминах.2. Получите выражение для напряжения на катушке индуктивностив резонансе.3. Дайте обоснование способам определения добротности по фазово-частотной характеристике4. По каким причинам потери в контуре зависят от частоты?5*.
Зависят ли потери в контуре от амплитуды сигнала и, если зависят, то по каким причинам?6*. Оцените, на какой частотеэллипс на экране осциллографа в п.8 вырождается в прямую линию сположительным наклоном.СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1. Лабораторный практикум по обще физике. – Т. 2. – Электричество и магнетизм. – М.: МФТИ, 2007.С.30-51.2. Сивухин Д.В. Общий курс физики. – Т. III. – Электричество.
– М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006. §§126, 127.3. Кириченко Н.А. Электричество и магнетизм. – М.: МФТИ, 2011. §§17.1-17.3.10.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
