Изучение сложения гармонических колебаний одинаковой частоты (Лабораторная работа № 77), страница 2

В данной работе также реализован и другой метод измерения фазы, пригодный для электрических синусоидальных колебаний постоянной амплитуды. Для этого сигнал от первого источника колебаний подается на вход внешней синхронизации (см. рис. 6). При такой схеме при изменении фазы второго источника в сторону увеличения картинка на экране осциллографа плавно сдвигается вправо (при условии, что на вход "У" подано напряжение от него; это реализуется при положении "II" переключателя SA1). Сдвиг определяется фазой и периодом колебаний. В качестве характерной точки удобно выбрать точку пересечения кривой (сину­соиды) с горизонтальной осью. Можно показать, что фаза определяется следующим образом
(рис. 4):

                                                 (9)

Здесь  x₁ – интервал на экране, соответствующий периоду колебаний;  х₂ – интервал, соответствующий сдвигу фаз между напряжением, поданным на вход "У" и напряжением первого источника. Сплошная кривая соответствует случаю, когда сдвиг фаз равен нулю (фазы этих колебаний равны).

2. ОБОРУДОВАНИЕ И ПРИБОРЫ

Экспериментальная установка (рис. 5) включает в себя блок двух источников синусоидального напряжения (1), один из которых регулируется по амплитуде и фазе; цифровой вольтметр переменного тока (2); электронный осциллограф ЭО (3).

Цифровой вольтметр автоматически выбирает предел измерения, что обозначается зажиганием индикаторной лампочки против соответствующей единицы напряжения (mV  или  V).

Принципиальная схема установки показана на рис. 6.

Здесь постоянные сопротивления  R₁  и  R₂, конденсатор  C  и ступенчатое сопротивление  R₃  представляют собой схему фазовращателя (см. Приложение). Ступенчатое сопротивление выполнено в виде многопозиционного переключателя на  11  положений. В таблице, расположенной непосредственно на установке дано соответствие между номером положения и фазой  j₂  второго сигнала (разность фаз между вторым и первым колебаниями). Переменный делитель напряжения  R₄R₅R₆  служит для изменения амплитуды второго колебания.

3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Изучение установки

1.1. Внимательно ознакомьтесь со схемой на рис. 6, определите, где на ней находятся элементы  R₃, R₅  и  SA1 (см. рис. 5).

1.2. Изучите "Краткую инструкцию по работе с осциллографом" и определите назначение основных его переключателей и регулировочных устройств.

2. Включение установки

2.1. Поставьте переключатель  SA1  в положение  I, ручку реостата  R₃  в положение  1, потенциометра  R₅  в крайнее левое положение (против часовой стрелки). Убедитесь, что все сетевые выключатели на приборах выключены (выключатель вольтметра находится на тыльной стороне прибора).

2.2. Включите вилку сетевого шнура в розетку, а затем сетевые выключатели всех измерительных приборов. Дайте им прогреться в течение  1 минуты.

3. Предварительные измерения

3.1. С помощью вольтметра  PV  измерьте действующее значение напряжения  U₁. Переключите  SA1  в положение  II  и, изменяя напряжение второго источника с помощью реостата  R₅, определите по вольтметру максимально и минимально возможные значения  U₂: U_2max  и  U_2min.

3.2. Сообщите преподавателю значения  U₁, U_2max  и  U_2min. Получите от него задание, при каких конкретных значениях напряжения второго источника (2 ¸ 5 значений) проводить дальнейшие измерения.

4. Проверка методов измерения разности фаз