Экспериментальное исследование характеристик импульсного тока с помощью пояса Роговского

Выполнил:  Художитков В.Э. гр. 032.1

Лабораторная работа №5.3

«Пояс Роговского»

Цель работы: экспериментальное исследование характеристик импульсного тока с помощью пояса Роговского. Определение и расчет параметров поясов Роговского; нахождение условий восстановления формы импульсного тока.

Оборудование: генератор, макет с поясами Роговского и наборами сопротивлений и емкостей, осциллограф.

Ход работы:

Задание №1: Определение собственных параметров пояса: емкости, индуктивности и активного сопротивления.

При подаче по центральному проводнику прямугольного импульса тока с достаточно короткими фронтами после каждого из фронтов в поясе возникают свободные затухающие колебания с собственной частотой:

  (1).

Подключив дополнительную емкость С_i известной величины параллельно выходу пояса и определив новую частоту f_i можно найти емкость С₀ , используя соотношение:

 (2).

В результате получим собственные частоты f₀ = 625 kHz для первого пояса и f₀ = 89,29 kHz и используя соотношение (2) найдем собственные емкости поясов :

Таблица 1 (1 пояс)

N	fi , kHz	Ci , пФ	C0 , пФ
1	277,8	1000	246,2
2	384,6	390	237,68
3	526,3	100	243,36

Таблица 2 (2 пояс)

N	fi , kHz	Ci , пФ	C0 , пФ
1	47,62	1000	397,4
2	55,56	390	246,4
3	76,92	100	287,7

Далее используя формулу (1) найдем собственные индуктивности поясов:

Таблица 3

N	1 пояс		2 пояс
	С0 , пФ	L0 ,мГн	С0 , пФ	L0 ,мГн
1	246,2	0,26	397,4	8
2	237,68	0,273	246,4	11
3	243,36	0,267	287,7	13

Из полученной таблицы посчитаем средние значения индуктивности обоих поясов: L₀₁=0,266 мГн и L₀₂=10,666 мГн.

По форме огибающей затухающих колебаний оценивается собственная постоянная затухания пояс (3). Где индуктивность L вычисляется по формуле:

 (4)

где R – внутренний радиус, R + a – внешний радиус, b – ширина тора, N – число витков,  - магнитная проницаемость,  - магнитная постоянная. Исходя из этой формулы посчитаем теоретические значения индуктивности для обоих поясов: L₁=0,359 мГн и L₂= 26,7 мГн. Исходя из того что:

 (5)

и используя формулы (3) и (4), а также измеренные значения τ₁=16,1 мкс и τ₂=51 мкс найдем активные сопротивления поясов:

r₁= 44,59 Ом и r₂=1,05 кОм.

Задание №2: Режим интегрирования тока на собственной индуктивности.

Подключим к поясу активное нагрузочное сопротивление R_H c которого будем снимать напряжение, возникающее при протекании тока по цепи соленоид – нагрузочное сопротивление R_H. Рассмотрим эквивалентную электрическую схему пояса для такой цепи, изображенную на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема измерения тока с интегрированием на собственной индуктивности.

Отметим, что конкретный пояс Роговского способен правильно регистрировать импульсы тока в некотором диапазоне характерных времен изменения импульса исследуемого тока. Для оценки эти условия можно записать в виде неравенства:

 (6).

Рисунок 2. Пояс 1 – наилучшая передача импульса, R_H=0,3 кОм, f=3,57 МГц.

Рисунок 3. Пояс 2 – наилучшая передача импульса, R_H=0,3 кОм, f=1,86 МГц.

Задание №2: Режим интегрирования тока на внешней емкости.

Используя в качестве нагрузки пояса интегрирующую цепочку.

Рисунок 4. Схема измерения тока с интегрированием внешней емкости.

Подберем параметры цепочки и длительность импульса при которых форма импульса передается наилучшим образом. Для данной цепочки есть условия, аналогичные указанным в неравенстве (6), которые можно записать в виде неравенства:

 (7).

Рисунок 5. Пояс 1 – наилучшая передача импульса, С_H=1 нФ, f=0,4 МГц.

Рисунок 6. Пояс 1 – наилучшая передача импульса, С_H=1 нФ, f=1,7 МГц.

Выводы: В данной работе мы произвели экспериментальное исследование характеристик импульсного тока с помощью поясов Роговского. Также мы определили и рассчитали параметры поясов Роговского.