 |
Порядок выполнения эксперимента
|
|
|
|
1. Измерение зарядной кривой конденсатора
1.1. Проверить монтаж схемы в соответствии с рис. 4.
 |
Рис. 4. Электрическая схема лабораторной установки
1.2. Включить источник питания и мультиметр в режиме вольтметра на предел измерений 20 V. Установить регулятор максимально допустимой силы тока (А) выходного сигнала в среднее положение (приблизительно 1 А), а регулятор напряжения (V) повернуть до упора по часовой стрелке. В этом положении напряжение на источнике U0 = 12,1 В.
1.3. Переключатель поставить в положение «Разряд». Убедиться, что конденсатор полностью разряжен, для чего на на 10–15 с закоротить его коротким проводником, рис. 5, т.е. в коммутационном блоке соединить коротким проводником (перемычкой) оба контакта конденсатора. Восстановить электрическую схему в соответствии с рис. 4, отсоединив от конденсатора один из концов закорачивающего проводника.
Рис. 5. Закорачивание конденсатора проводником
1.4. Приготовить секундомер к измерениям (обнулить его показания). Одновременно с переводом переключателя в положение «Заряд» включить секундомер. Записать в таблицу 1 значения изменяющегося напряжения Uc на конденсаторе в соответствующие моменты времени t. Измерения производить через неравные промежутки времени: в начале заряда напряжение растет быстро, поэтому измерения надо делать по возможности часто. По мере приближения Uc к значению U0 измерения делать реже. Измерения желательно производить через такие промежутки времени, в течение которых напряжение изменяется приблизительно на 0,1 U0.
При длительном бездействии мультиметр автоматически выключается, поэтому в случае, если его дисплей погас, необходимо заново включить мультиметр.
|
|
|
Таблица 1. Зависимость напряжения на конденсаторе от времени его заряда
U0 =........, С =......., R =.......
| t, с | |||||||||
| Uc , В | |||||||||
| Uc теор, В |
2. Измерение разрядной кривой конденсатора
2.1. Дождаться момента, когда напряжение на конденсаторе, практически перестанет изменяться. Это значит, что конденсатор заряжен.
2.2. Приготовить секундомер к измерениям (обнулить его показания). Одновременно с переводом переключателя в положение «Разряд» включить секундомер. Записать в таблицу 2 значения изменяющегося напряжения Uc на конденсаторе в соответствующие моменты времени t. Измерения производить через неравные промежутки времени: в начале разряда напряжение падает относительно быстро, поэтому измерения надо делать относительно часто. По мере приближения Uc к нулевому значению измерения делать реже. Измерения желательно производить через такие промежутки времени, в течение которых напряжение изменяется приблизительно на 0,1 Uнач.
Таблица 2. Зависимость напряжения на конденсаторе от времени его разряда
Uнач =........, С =......., R =.......
| t, с | |||||||||
| Uc , В | |||||||||
| Uc теор, В |
2.3. По указанию преподавателя повторить измерения зарядной и разрядной кривых при других значениях емкости конденсатора и сопротивления резистора, занося данные в таблицы, аналогичные таблицам 1 и 2. Записать рядом с таблицами значения емкостей и сопротивлений, использованных в экспериментах.
3. Измерение сопротивления вольтметра по разрядной кривой конденсатора
3.1. Перевести переключатель в положение «Заряд» и дождаться момента, когда конденсатор зарядится до некоторого напряжения Uнач, близкого к U0. Для ускорения зарядки вместо используемого в схеме высокоомного резистора включить резистор меньшего номинала, например 1 кОм. При достижении показаний вольтметра близких к U0 вернуть в схему замененный высокоомный резистор.
|
|
|
3.2. Приготовить секундомер к измерениям (обнулить его показания). Одновременно с включением секундомера вынуть один из проводов, подключенных к источнику питания, из клеммы источника питания. Переключатель в положение «Разряд» не включать! Цепь окажется разомкнутой и конденсатор начнет медленно разряжаться только через большое входное сопротивление вольтметра. Записать в таблицу 3 значения изменяющегося напряжения Uc на конденсаторе в соответствующие моменты времени t. Измерения производить через неравные промежутки времени: в начале разряда напряжение падает относительно быстро, поэтому измерения надо делать относительно часто. При уменьшении Uc измерения делать реже. Измерения желательно производить как можно точнее и через такие промежутки времени, в течение которых напряжение изменяется не менее, чем на 0,1 В. Полное время измерений приблизительно 15–20 минут.
Таблица 3. Зависимость напряжения на конденсаторе от времени его разряда через искомое входное сопротивление вольтметра Rв
Uнач* =........, С =.......
| № измерения | … | … | … | ||||||
| t, с | |||||||||
| Uc , В | |||||||||
| Пара номеров измерений, выбранная для рассчета | 1 и 5 | 3 и 7 | 2 и 8 | … | … | … | … | … | … |
| Rв, МОм |
* Значение Uнач указано для справки и в расчетах не используется
4. Наблюдение релаксации инжектированного и миграционного зарядов
4.1. Повторить п. 3.1.
4.2. Приготовить секундомер к измерениям (обнулить его показания).
4.3. Вынуть один из проводов, подключенных к источнику, из клеммы источника питания. Цепь окажется разомкнутой и конденсатор начнет медленно разряжаться только через большое входное сопротивление вольтметра.
4.4. Закоротить проводом конденсатор приблизительно на 5–10 с (рис. 5), после чего отсоединить от него один из концов закорачивающего проводника. Указанного времени достаточно для того, чтобы поляризационный заряд конденсатора практически полностью релаксировал и конденсатор быстро разрядился.
|
|
|
4.5. Сразу после разрядки конденсатора путем его закорачивания установить на мультиметре наиболее чувствительный предел для измерения напряжения 200 mV. Перевести переключатель в положение «Разряд» и одновременно включить секундомер.
4.6. Записать в таблицу 4 значения изменяющегося напряжения Uc на конденсаторе в соответствующие моменты времени t, прошедшие после разрядки конденсатора путем его закорачивания. Если в процессе роста напряжения его значение превысит 200 мВ, перейти на более грубый предел измерений на мультиметре. Измерения производить через такие промежутки времени, в течение которых напряжение изменяется приблизительно на 10 – 20 % в сравнении со своим предыдущим значением. Измерения проводить в течение такого времени пока напряжение на конденсаторе, пройдя максимум, ни уменьшиться до пренебрежимо малых значений.
Таблица 4. Зависимость напряжения на конденсаторе от времени после его разряда закорачиванием
U0 =......., С =......., R =.......
| t, с | |||||||||
| Uc , мВ | |||||||||
| I, нА |
|
|
|
