Измерения с помощью цифрового запоминающего осциллографа, страница 2

Описание установки:

На рис. 6 изображена схема однополупериодного выпрямителя.

Рис. 6. Однополупериодный выпрямитель:

а – VD-диод; S – ключ;

 б – форма выпрямленного напряжения с Сф и без него, Т – период, Θ – время подзарядки конденсатора;

в – выпрямленное напряжение при наличии Сф и Rн

Полупроводниковый диод VD обладает односторонней проводимостью и проводит ток только в тот полупериод переменного напряжения, который соответствует полярности, обозначенной на рисунке знаками "+" и "–". Если ключ S выключен, то напряжение UD на резисторе нагрузки Rн будет соответствовать верхней половине напряжения генератора Uг (рис. 6, б – тонкая сплошная линия).

При включении ключа S конденсатор фильтра Сф в первую четверть периода заряжается до амплитудного значения, а далее начинает разряжаться на сопротивление Rн, так что напряжение на

Rн будет таким, как показано на рис. 6, б жирной линией. Выпрямленное напряжение можно представить в виде суммы постоянного напряжения U0 и напряжения пульсации Uп (рис. 6, в).

1. Сигнал однополупериодного выпрямления без Сфможно разложить в ряд Фурье

где

– эффективное входное напряжение (от генератора), Uа – его амплитуда и U0 – постоянная составляющая выпрямленного напряжения без Сф:

Амплитуда первой гармоники в этом случае, очевидно, равна

Результаты измерений (таблица):

Частота	Ud	Uг	Udc	U0	Uп
75 Гц	3 В	7 В	4 В	5 В	2 В
200Гц	5 В	7 В	2 В	6 В	1 В
1кГц	6.4 В	7 В	0.6В	6.7 В	0.3 В

Примечание: погрешность осциллографа составляет около 3%.

Изучая данные приведённые в таблицы мы можем убедится в свойствах "Однополупериодного выпрямителя".

А также в законах описывающие движение электрических токов в "Однополупериодном выпрямителе".

3)Измерение параметров затухающих колебаний механической

Подкорректировать заданные параметры изображения (чувствительность по вертикали, длительность развертки, уровень синхронизации) для получения более чёткого сигнала на экране осциллографа..

Измерим собственную частоту f  и постоянную времени затухания τ системы.

Пронаблюдайте изменение начальной фазы колебаний при изменении начального отклонения пластины (изменив угол α на –α,см. рис7).

Рис. 7. Макет "Затухающие колебания":

К – катушка с сердечником; М – магнит; П – упругая пластина

Упругая пластина П, жестко зажатая на одном конце (рис. 7), является примером механической колебательной системы с затуханием. Амплитуда колебания пластины описывается законом

А(t) = A0e- δtsinωt,

где

А0 – начальная (максимальная) амплитуда, определяемая углом начального отклонения пластины α.

δ – коэффициент затухания.

 ω = 2πf,

f – собственная частота колебания пластины.

Поскольку показатель степени экспоненты должен быть безразмерным, то δ имеет размерность 1/с и обратная ей величина τ = 1/δ называется постоянной времени затухания. За время t = τ амплитуда колебаний уменьшается в e раз.

Небольшой постоянный магнит М, помещённый на конце пластины, в процессе колебания проходит вблизи оси измерительной катушки с ферромагнитным сердечником. В катушке при этом наводиться переменная ЭДС с частотой колебания пластины ω и амплитудой U(t), пропорциональной скорости изменения магнитного потока в сердечнике. Последняя пропорциональна амплитуде колебания пластины.

Результаты измерений:

τ=0,054с

f=1/4 τ

f=4,63 Гц

С помощью осциллографа нам удалось измерить и высчитать частоту системы затухающих колебаний. И дальнейшим вычислением определить собственную частоту колебаний.

Также на экране осциллографа легко проследить, что при изменинии начального отклонения пластины (изменив угол α на –α) форма колебаний меняет своё напрвление на π.

4)Исследование макета "Лампочка накаливания"

Описание:

Соберём схему "Лампочка накаливания" (рис8).

Рис. 8. Макет "Лампочка накаливания":

а – схема включения: Кн – кнопка (нормально разомкнутая);

СТ – стабилизатор тока; R – регулятор тока; б – форма сигнала

Переведём осциллограф в режим одиночногозапуска. Ручкой Level установим необходимый уровень амплитуды запуска развертки и получим на экране устойчивую картину процесса нагревания нити накала и формы импульса тока через лампочку. Сравним время установления показаний тока по амперметру и осциллографу.

По начальному скачку Uх, установившемуся уровню напряжения Uг и току I рассчитаем сопротивление нити при комнатной температуре Rх, и в разогретом состоянии Rг.

Описание установки

Рис. 9. Макет "Лампочка накаливания"

Лампочка накаливания (рис. 9) представляет собой стеклянную вакуумированную колбу, в которой на медных траверзах размещена вольфрамовая нить накаливания. При протекании по ней

тока нить нагревается и ее сопротивление увеличивается: R(T) =R0(1+αΔT), где

R0 – сопротивление нити при комнатной температуре Т0,

α – температурный коэффициент вольфрама,

ΔT = Т – Т0 –изменение температуры нити.

По мере увеличения температуры нити увеличиваются ее тепловые потери на излучение и нагрев колбы. При постоянной величине подводимой электрической мощности разогрев нити происходит до тех пор, пока при некоторой температуре Тм величина потерь не сравняется с подводимой мощностью, после чего нагрев нити прекратится. Ее новое сопротивление Rм в дальнейшем будет оставаться постоянным.

Процесс нагрева лампочки (как и ее остывания) – инерционный процесс. Если лампочку подключить к источнику постоянного тока (стабилизатору тока), то в момент включения источника падение напряжения на нити будет равно Uх = IR0 = IRх. По мере нагрева сопротивление R увеличивается и растет падение напряжения на лампочке, но возрастают и потери тепла. Сложный характер роста сопротивления определяется тем, что потери на теплопроводность и излучение различным образом зависят от температуры нити: сначала преобладают первые, затем вторые. Постоянная времени нагрева τ обычно определяется на уровне 0,9 от напряжения Uг, которое измеряется при достаточно длительном нагреве (при "бесконечном" времени нагрева {При точных измерениях за величину Uг обычно принимают тот уровень напряжения, при котором закономерный рост напряжения уже не превышает случайных флуктуаций сигнала.}).

Результаты измерений (таблица):

Uх,В	Uг,В	Τ,с	I, А	Rх,Ом	Rг,Ом
0.72	5.92	0.28	0.097	7.44	61.157
1.36	7.68	0.11	0.127	10.725	60.568
1.12	8.04	0.23	0.113	9.91	71.504
0.8	4	0.49	0.076	10.5	52.631

Примечание: погрешность осциллографа составляет около 3%.

В проведённых измерениях нам удалось измерить параметры и основные данные макета "Лампочка накаливания".Вычислитьвеличину холодного Rх и горячего Rг сопротивления нити накаливания и постоянную времени ее нагревания τ.

4.Выводы

1) Мне удалось понять основные принципы действия осциллографа и освоить его основные функции для наблюдения и измерения характеристик электрических сигналов.

2) С помощью цифрового осциллографа мне удалось исследовать и изучить сигналы, проходящие через "Однополупериодный выпрямитель". Записать числовые значения, характеризующие эти сигналы.

3) Изучить затухающие колебания

 4) С помощью цифрового запоминающего осциллографа мне удалось определить значения холодного и горячего сопротивления нити накаливания.

Литература

http://www.phys.nsu.ru/MEASURING/Labwork3-13-2.html