 |
Измерение емкости конденсатора
|
|
|
|
1.1 На функциональном генераторе установить частоту 0,1 кГц. Подрегулировать амплитуду так, чтобы на осциллографе синусоида по первому каналу помещалась на 3 вертикальных деления при масштабе 2 Вольт / деление. В таблицу 1 записать установленное значение напряжения U m = 3 В. При дальнейших измерениях поддерживать данное значение.
1.2 Аналогично измерить амплитуду напряжения на резисторе, установив вторую синусоиду на 2-ом канале, подбирая удобный масштаб усиления переключателем “ VOLTS / DIV ” для канала “ CH2 ”. Занести значение установленной частоты f и измеренное значение UR m в таблицу 1.
Таблица 1*.Измерение напряжений и емкости в RC-цепи
| f, кГц | 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | … | |
| Um,В | |||||||
| URm,В | |||||||
| Cизм, мкФ | |||||||
| Z, Ом |
* Отдельно под таблицей записать значения погрешностей прямых измерений
1.3 Повторить пункты 1.1 и 1.2 для указанных частот в таблице 1. В процессе измерений подбирать масштаб усиления по 2-му каналу переключателем “ VOLTS / DIV ” и масштаб развертки переключателем “TIME/DIV” так, чтобы синусоидальный сигнал был удобен для измерений.
1.4 Записать под таблицей указанные на элементах значения емкости конденсатора C и сопротивление резистора R.
Измерение фазового сдвига в RC-цепи
2.1 В соответствии с таблицей 2 установить на генераторе частоту сигнала 0,05 кГц. Совместить при помощи ручек POSITION “↕” имасштаба развертки “ TIME / DIV ” обе синусоиды так, чтобы был хорошо виден и мог быть измерен сдвиг между пиками по горизонтали. Коэффициенты усиления амплитуд отрегулировать переключателем “ VOLTS / DIV ” таким образом, чтобы было удобно проводить измерения.
|
|
|
2.2 Измерить фазовый сдвиг f изм между напряжением и током в RС -цепи. Для этого воспользоваться следующим методом:
a) измерить расстояние между двумя ближайшими пиками верхней синусоиды (например, получилось 1,8 больших деления), и умножить это количество больших делений на цену деления, выставленного переключателем “ TIME / DIV ” (например, “.5 mc”). В результате получится значение периода T = 1,8×0,5 = 0,9 мс верхней синусоиды, что соответствует сдвигу фазы, равного 2p рад. Измеренное значение периода должно совпадать со значением, рассчитанным по формуле T = 1/ f.
b) аналогичным образом измерить расстояние по горизонтали между двумя ближайшими пиками верхней и нижней синусоид. Это будет значение времени t, равное отставанию одного колебания от другого, соответствующее сдвигу фаз между U m и UR m, т.е. углу f изм (см. рис. 3). Учитывая следующую пропорцию
2p, рад –– T, с
f изм, рад –– t, с,
получаем значение измеренного фазового сдвига:
. (13)
Записать значения f, t, T в таблицу 2.
Таблица 2. Измерения фазового сдвига в RC-цепи
| f, кГц | 0,05 | 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,4 | ... | |
| t, мc | |||||||
| T, мс | |||||||
| fизм., рад. | |||||||
| fтеор., рад. |
* Отдельно под таблицей записать значения погрешностей прямых измерений
2.3 Повторить измерения для других частот, указанных в таблице 2.
Обработка результатов
1. Для каждого значения частоты в таблице 1 рассчитать значение емкости Сизм в соответствии с формулой (11) и импеданса Z по формуле (10).
2. Для каждого значения частоты в таблице 2 рассчитать значение фазового сдвига f теор и f изм. по формулам (7) и (13) соответственно.
3. Рассчитать среднее значение емкости конденсатора по табл. 1 и сопоставить его с указанным значением на конденсаторе.
|
|
|
4. Построить графики зависимостей (тип графиков точечный с добавлением к точкам кривой аппроксимации по методу наименьших квадратов):
4.1 импеданса цепи от частоты Z = Z(f), где Z вычисляется по формуле (10);
4.2 фазочастотных характеристик (ФЧХ), т.е. сдвигов фаз f (экспериментального и расчетного) между током и напряжением питания как функция частоты f = f(f), кривые функций экспериментальную и расчетную показать на одном координатном поле;
4.3 амплитудочастотной характеристики (АЧХ), т.е. зависимости силы тока в цепи от частоты I m = I m (f). Расчет I m произвести на основании формулы, аналогичной (9):
.
Данные для расчета взять из таблицы 1.
5. Определить погрешности косвенных измерений.
Контрольные вопросы
1. Какие физические процессы исследуются в работе?
2. Какие фундаментальные законы лежат в основе методики исследования параметров резистивно-емкостной цепи?
3. Что такое ток смещения? Какова природа тока через резистор и конденсатор?
4. Изобразите векторную диаграмму токов и напряжений в RC-цепи.
5. Как отличаются по фазе напряжения на резисторе и конденсаторе, соединенные в цепи последовательно? Почему?
6. От чего и как зависят импеданс RC-цепи?
библиографический список
учебной литературы
1. Калашников Н.П. Основы физики. М.: Дрофа, 2004. Т. 1
2. Савельев И.В. Курс физики. М.: Наука, 1998. Т. 2.
3. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. М.: Высшая школа, 2000.
4. Иродов И.Е Электромагнетизм. М.: Бином, 2006.
5. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. М.: Наука, 1998.
|
|
|
