Книга: Электричество и магнетизм

Время T_{развертки} называется периодом пилообразного напря­жения, или периодом развёртки.

Если исследуемое напряжение меняется, например, синусоидально с периодом Т_иссл. , то луч будет колебаться в вертикальном напра­влении и при этом плавно перемещаться в горизонтальном направ­лении слева направо.

Результирующая траектория луча будет пред­ставлять собой синусоиду. При равенстве периодов Т_иссл = T_{развертки} на экране получается один период исследуемого напряжения. Если увеличить период развёртки вдвое, то за время развёртки луч успеет совершить два полных колебания в вертикальном направлении и на экране мы увидим два периода исследуемого напряжения. Когда T_{развертки} = nТ_иссл (n- целое число), осциллограмма будет представ­лять собой кривую из n периодов исследуемого напряжения. Если период развёртки T_{развертки} не является целым кратным периода Т_иссл изучаемого напряжения, то электронный луч будет начинать движе­ние слева направо каждый раз в различных фазах и на экране осци­ллографа картина будет неустойчивой. Чтобы добиться устойчивой картины, нужно частоту развёртки (или её период) сделать равной или кратной частоте исследуемого напряжения (или его периоду). Для того, чтобы развёртка изображения начиналась каждый раз в одинаковой фазе, генератор развёртки запускается сигналом, кото­рый вырабатывается блоком синхронизации.

Органы управления осциллографом

1. Вход У;

2. Регулировка положения луча по горизонтали;

3. Вход Х;

4. Отключение генератора развертки.

Проведение эксперимента

Задание 1. Определение чувствительности трубки к напряжению

1. Соберите схему по рис. 5;

2. Ручку регулятора напряжения ВУП - 2 поставьте в крайнее левое положение;

3. Включите источник, установите напряжение U = 30 В. Световая точка сме­стится по оси Х на какое-то расстоя­ние x₁ .

4. С помощью переключателя К измените полярность пластин, при эт­ом световая точка сместится в проти­воположную сторону от начала коорди­нат на расстояние x₂ ;

5. Вычислите чув­ствительность горизонтально отклоня­ющих пластин по формуле: где

6. Аналогично определите чувствительность вертикально отклоняющих пластин, подавая напряжение на клеммы У.

7. Найдите средние значения чувствительности пластин j_x и j_y при различных значениях напряжений U_x и U_y 30, 50, 60 В.

8. Ре­зультаты измерений и вычислений занесите в таблицу;

№

Ux , В

x, мм

Jx , мм/В

Uy , В

y, мм

Jy , мм/В

Задание 2.. Измерение амплитудных значений напряжений

Осциллограф можно использовать для непосредственного измере­ния амплитудных значений переменного напряжения U₀ , тогда как вольтметр показывает эффективные значения напряжения. Известно, что если исследуемое напряжение изменяется по гармоническому за­кону

U= U₀ sin ωt , то эффективное значение напряжения:

U_эфф = U₀ /√2 .(2)

Это соотношение может быть использо­вано для определения истинного зна­чения амплитуды переменного напряже­ния. Целью данного упражнения являе­тся измерение амплитудного значения напряжения с помощью осциллографа и его сравнение с вычисленным по фор­муле (2).

1. Соберите цепь по схеме рис. 6

2. Регулятор напряжения на ЛАТРе поставьте в крайнее левое положение;

3. Включите ЛАТР в сеть и установите напряжение 60 В;

4. Определите по координатной сетке длину световой линии L = 2x в мм;

5. Зная чувствительность трубки по X, найдите амплитудные значения напряжения по формуле :

6. Вычислите с помощью соотношения (2) амплитудное значение напряжения U_{0 теор.} и оцените, с какой абсолютной погрешностью ∆U изме­рены амплитудные значения напряжения.

7. Проделайте аналогичные измерения и вычисления для напряжений 30, 40, 50 В

8. Ре­зультаты измерений и вычислений занесите в таблицу;

№

Uэфф , В

L, мм

U0 , В.

U0 теор , В

∆U, B

Задание 3. Визуальное наблюдение сигналов

Проведите наблюдение сигналов от звукового генератора, для этого:

а) на вертикальный вход осциллографа подайте напряжение с выхода звукового генератора;

б) при фиксированном значении частоты генератора развёртки, изменяя частоту сигнала звукового генератора, добейтесь на экра­не осциллографа появления осциллограмм с кратностью в I, 2, 3 и .более периодов напряжения генератора;

в) зарисуйте вид осциллограммы, укажите на ней периоды сигнала и развёртки.

г) аналогично проведите наблюдения сигналов, подавая напряжения с выхода звукового генератора на горизонтальный вход осциллографа;

Задание 4. Определение частоты сигналов методом фигур Лиссажу

Осциллограф можно использовать для определения частоты неиз­вестного гармонического колебания. Если на входы Х и У осцилло­графа подать гармонические сигналы различной частоты, то, учас­твуя в двух взаимно перпендикулярных колебаниях, электронный луч будет описывать фигуры Лиссажу, вид которых зависит от соотноше­ния амплитуд, частот, фаз

подводимых напряжений (рис. 7) . Фигуры Лиссажу будут неподвижными, если подводимые частоты относятся как целые числа, например, 1:1, 1:2, 1:3, 2:1, 2:3, 3:4, а сдвиг фаз между колебаниями остаётся постоянным. Отношение частот ν_x /ν_y можно узнать по числу точек пересе­чения горизонтальной и вертикальной линий с фигурой Лиссажу. Цель настоящего упражнения – получить на экране осциллографа несколько фигур Лиссажу для соотношения частот 1:1, 1:2, 2:3, 1:3 с разностью фаз 0, π/4, π/2. Для этого:

а) соедините вертикальный вход осциллографа с выходом одного звукового

генератора, а горизонтальный вход – с выходом второго звукового генератора;

.б) отключите ДИАПАЗОН ЧАСТОТ на осциллографе;

в) включите в сеть осциллограф и звуковые генераторы, выведите и сфокусируйте полученную фигуру в центр координатной сетки;

г) на одном звуковом генераторе установите частоту 50 Гц;

д) подберите такие амплитуды колебаний, чтобы полученная фигура занимала среднюю часть экрана осциллографа;

е) вращением регулятора частоты второго звукового генератора добейтесь появления устойчивых фигур Лиссажу, зарисуйте фигуры на бумаге и определите по ним отношение частот ν_x /ν_y по числу точек пересе­чения фигуры с горизонталь?