Исследование релаксационных автоколебаний в схеме с неоновой лампой (Лабораторная работа № 12)

Лабораторная работа № 12.

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЛАКСАЦИОННЫХАВТОКОЛЕБАНИЙ

В СХЕМЕ С НЕОНОВОЙ ЛАМПОЙ.

          Цель работы: изучение релаксационных колебаний в схеме с неоновой лампой и установление характера зависимости между периодом колебаний и временем релаксации.

          Приборы и принадлежности:

1.  Регулируемый источник постоянного напряжения на 300 В.

2.  Вольтметр на 75-150-300 В.

3.  Магазин емкостей.

4.  Магазин сопротивлений.

5.  Неоновая лампа.

6.  Секундомер.

Теоретическое введение

          Релаксационные колебания характеризуются накоплением и сбросом одного и тоже вида энергии. Такие колебания возникают и в схеме с неоновой лампой (рис.12.1). Конденсатор будет заряжаться и разряжаться через определенное время (период релаксационных колебаний). Характер релаксационных колебаний показан на рис. 12.2.

Рис.12.1                                         Рис.12.2

 Зарядка конденсатора в цепи с неоновой лампой характеризуется определенным напряжением – напряжением зажигания U₃. При достижении напряжения U₃ происходит резкое уменьшение сопротивления неоновой лампы (пробой диэлектрика) и конденсатор будет разряжаться через неоновую лампу до тех пор, пока напряжение не достигнет некоторого значения напряжения – напряжения гашения U_г. Далее процесс повторяется – возникают релаксационные колебания с периодом. .

          Закон измерения напряжения на обкладках конденсатора от времени t    имеет вид:

,                             (12.1)

          Где   U₀ - входное напряжение,

         R - сопротивление,

         C - емкость.

Произведение RC называется временем релаксации

                                (12.2)       

          Период релаксационных колебаний определяется приближенной формулой

.                         (12.3)

2. Экспериментальная часть.

Упражнение 1.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕНЦИАЛА ЗАЖИГАНИЯ
И ГАШЕНИЯ НЕОНОВОЙ ЛАМПЫ.

1. Собрать схему (рис.12.3) и получить допуск к выполнению упражнения.

          2. Медленно вращая рукоятку источника напряжения в сторону увеличения напряжения, определить потенциал зажигания U_з.

          3. Уменьшая напряжение, определить потенциал гашения U_г.

          4. Опыт повторить несколько раз и провести математическую обработку результатов . Сделать вывод.

Рис.12.3

Упражнение 2.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ПЕРИОДА

РЕЛАКСАЦИОННЫХ КОЛЕБАНИЙ ОТ НАПРЯЖЕНИЯ.

1. 

Собрать схему (рис.12.4), заготовить рабочую таблицу наблюдений и получить допуск к выполнению упражнения.

Рис.12.4

2. Установить в схеме R=const, C=const по указанию преподавателя.

3. Увеличить напряжение до момента появления вспышек неоновой лампы. Зафиксировать время t, за которое наблюдается n вспышек, и определить период релаксационных кoлебаний. Опыт повторить несколько раз для напряжения U₁.

4. Пункт 3 выполнить для других напряжений U₂, U₃, U₄  .

5. Произвести математическую обработку результатов  и данные занести в таблицу.

6. Определить время релаксации t.

7. Построить график зависимости T=f(U) и сделать выводы.

Упражнение 3.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ПЕРИОДА РЕЛАКСАЦИОННЫХ

КОЛЕБАНИЙ ОТ СОПРОТИВЛЕНИЯ И ЕМКОСТИ

1.  Пользуясь результатами упражнения 2, установить какое-нибудь напряжение и, меняя последовательно сопротивление, а затем емкость, провести качественное наблюдение за частотой вспышек неоновой лампы.

2.  При определенных значениях сопротивления R и напряжения U и определить период релаксационных колебаний при различных емкостях.

3.  Произвести математическую обработку результатов , занести их в таблицу. Построить график зависимости T=f(U) при R=const и U=const. Сделать выводы.

4. Установить C=const (из диапазона исследуемых емкостей) и при выбранном ранее U=const определить зависимость периода релаксационных колебаний от сопротивления.

5. Произвести обработку результатов, занести их в таблицу 12.1. Построить график зависимости T=f(R)  при C=const, U=const и сделать выводы.

                                                                                                           Таблица  12.1

№ п/п	, В	T, c	t, c	U=const, R=const			U=const, C=const
				Ci, Ф	T, c	t, c	Ri, Om	T, c	t, c

Контрольные вопросы

1.  Какие колебания называют релаксационными?

2.  Устройство неоновой лампы. От чего зависит потенциал зажигания?

3.  Принцип работы релаксационного генератора.

4.  Какова связь между периодом релаксационных колебаний и временем релаксации?

5.  Рассмотреть типы газовых разрядов.

Литература

1.  Калашников С.Г. Электричество. М., 1997. Гл.VII, &74, гл.. XX, &216.

2.  Сивухин Д.В. Курс общей физики. Т.III. Электричество. М., 1977. Гл.II, &48, гл. IX, &117, гл. X, &134.

3.  Телеснин Р.В., Яковлев К.П. Курс общей физики. Электричество. М., 1970.

4.  Физический практикум. Под редакцией Ивероновой В.И. М., 1968.

5.  Касандрова О.Н., Лебедев В.В. Обработка результатов наблюдений. М., 1970.

6.  Зайдель А.Н. Ошибки измерений физических величин. Л., 1974.

7.  Худсон Д. Статистика для физиков. М., 1970.

Лабораторная работа № 12.

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЛАКСА-ЦИОННЫХАВТОКОЛЕБАНИЙ

В СХЕМЕ С НЕОНОВОЙ ЛАМПОЙ.

Лабораторная работа № 12.

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЛАКСА-ЦИОННЫХАВТОКОЛЕБАНИЙ

В СХЕМЕ С НЕОНОВОЙ ЛАМПОЙ.