Различия

Показаны различия между двумя версиями страницы.

--- lab3:эксперимент32 [2019/09/04 10:20] – root_s
+++ lab3:эксперимент32 [2024/08/13 13:12] (текущий) – root
@@ Строка 1: / Строка 1: @@
-===== Описание установки "самостоятельный разряд в газе" =====
+===== Описание лабораторной установки =====
-==== Лабораторная установка ====
+Для изучения самостоятельного газового разряда в работе используется электронный блок (ЭБ), главным рабочим элементом которого является неоновая лампа ТН-0.3-3 (характеристики в приложении). Схема блока приведена на рис. 3.
+{{ :lab3:3.2.jpg?800 |Рис. 3. Схема электронного блока}}
+Переменное напряжение ($\sim U$) с генератора [[tex:г3-109|Г3-109]] подается на входной разъем $Р_1$. **!!! Генератор должен быть включен в режиме плавающей общей точки. То есть ни одна из двух выходных клемм не должна быть соединена с землей. Нарушение этого условия не приведет к фатальным для ЭБ последствиям. Однако при этом он будет работать не правильно.**
+Напряжение ($\sim U$) подается на входные контакты сдвоенного переключателя $П_{1}$, и одновременно на выпрямительную схему, включающую в себя выпрямительный мост на диодах $Д_{1}-Д_{4}$, конденсатор $С_{1}$ и резистор $R_{1}$. (Преподаватель может спросить зачем нужны $R_{1}$ и $С_{1}$.) Напряжение с выпрямителя подается на вторую пару входных контактов $П_{1}$. Таким образом, положением переключателя $П_{1}$ можно выбирать переменное или постоянное рабочее напряжение на его выходных контактах.
+В некоторых упражнениях предлагается пронаблюдать зависимость режима работы схемы от полярности рабочего напряжения. Для этого в схему включен переключатель $П_{2}$. С выходных контактов этого переключателя и поступает рабочее напряжение $U_Р$, необходимое для работы основной части электронной схемы блока. Нижний (по схеме) выходной контакт этого переключателя соединен с общей (земляной) шиной. **Можно заметить, что входные контакты разъема $Р_{1}$ не симметричны относительно "земли". Именно по этому, генератор Г3-109 должен работать в режиме плавающей общей точки.**
+Основным элементом схемы является неоновая лампа ЛН марки [[ТН-0.3-3]], в которой и реализуется несамостоятельный разряд. Анод лампы выполнен в виде полого цилиндра. Катод --- в виде тонкого стержня, расположенного на оси анода. Таким образом, электроды лампы заведомо не симметричны. Стандартное включение лампы: анод --- "плюс"; катод --- "минус".  Однако лампа может работать и при обратной полярности и с переменным напряжением. При этом в зависимости от полярности параметры разряда будут разными. Студент должен объяснить эти эффекты. Именно для их наблюдения и введена возможность смены полярности рабочего напряжения переключателем $П_{2}$.
+Рабочее напряжение подается на ЛН через цепочку анодных сопротивлений $R_{1}=100$ кОм и $R_{2}=1$ МОм. Переключателем $П_{3}$ можно выбрать анодное сопротивление $100$ кОм или $1100$ кОм.
+В цепь лампы включено также катодное сопротивление $R_{4}=10$ кОм. Оно необходимо для определения тока лампы $I_{л}=\frac{U_{R_4}}{R_4}=\frac{U_К}{R_4}$.
+Анодное $U_А$, катодное $U_К$ и рабочее $U_Р$ напряжения подаются на выходные разъемы $Р_2$, $Р_{3}$ и $Р_{4}$, соответственно и регистрируются осциллографом. В выходные цепи $U_А$ и $U_Р$ последовательно включены сопротивления $R_{5}=R_{6}=9$ МОм. Это сделано для того, чтобы исключить необходимость использования внешних делителей напряжения. $U_А$ и $U_Р$ могут принимать значения выше $100$ В. Использующиеся в лаборатории осциллографы имеют существенно меньший рабочий диапазон. У большинства (практически у всех) из них входное сопротивление $R_{вх}=1$ МОм. Таким образом, $R_{5}$ и $R_{6}$ с входными сопротивлениями осциллографа $R_{вх}$ являются делителями напряжения на $10$.
+Для выполнения упражнений по изучению релаксационного генератора параллельно цепи ЛН+$R_{4}$ может подключаться RC--цепочка ($R_{7} - R_{9}$, $C_{2} - C_{4}$). Выбор ее параметров по емкости осуществляется переключателями $П_{4} - П_{6}$, по сопротивлению переключателями $П_{7} - П_{9}$.
+Емкость цепочки может меняться в диапазоне $С=0 - 1.75$ мкФ, с шагом $0.25$ мкф. Сопротивление цепочки может меняться в диапазоне $R=0 - 70$ кОм, с шагом $10$ кОм. Выбор емкости $C=0$ (переключатели $П_{4} - П_{6}$ все отключены) равносилен отключению RC--цепочки.
+На рис. 4 дано расположение разъемов и переключателе на корпусе ЭБ.
+{{ :lab3:4.jpg?600 |Рис. 4. Расположение разъёмов и элементов управления на электронном блоке}}
+На рисунках 5
+{{ :lab3:5.png?600 |Рис.5 . Принципиальная схема для измерения ВАХ неоновой лампы}}
+и 6 приведены схемы, объясняющие принципы измерения ВАХ неоновой лампы и работу релаксационного генератора.
+{{ :lab3:6.png?600 |Рис. 6. Принципиальная схема релаксационного генератора на неоновой лампе}}
+/*
 Установка для лабораторной работы
@@ Строка 17: / Строка 49: @@
 Переменное напряжение ($\sim U$) с генератора [[tex:г3-109|Г3-109]] подается на входной разъем $Р_1$. **!!! Генератор должен быть включен в режиме плавающей общей точки. То есть ни одна из двух выходных клемм не должна быть соединена с землей. Нарушение этого условия не приведет к фатальным для ЭБ последствиям. Однако при этом он будет работать не правильно.**
-Напряжение ($\sim U$) подается на входные контакты сдвоенного переключателя П${}_{1}$, и одновременно на выпрямительную схему, включающую в себя выпрямительный мост на диодах Д${}_{1}$-Д${}_{4}$, конденсатор С${}_{1}$ и резистор R${}_{1}$. (Преподаватель может спросить зачем нужны R${}_{1}$ и С${}_{1}$.) Напряжение с выпрямителя подается на вторую пару входных контактов П${}_{1}$. Таким образом, положением переключателя П${}_{1}$ можно выбирать переменное или постоянное рабочее напряжение на его выходных контактах.
+Напряжение ($\sim U$) подается на входные контакты сдвоенного переключателя $П_{1}$, и одновременно на выпрямительную схему, включающую в себя выпрямительный мост на диодах $Д_{1}-Д_{4}$, конденсатор $С_{1}$ и резистор $R_{1}$. (Преподаватель может спросить зачем нужны $R_{1}$ и $С_{1}$.) Напряжение с выпрямителя подается на вторую пару входных контактов $П_{1}$. Таким образом, положением переключателя $П_{1}$ можно выбирать переменное или постоянное рабочее напряжение на его выходных контактах.
-В некоторых упражнениях предлагается пронаблюдать зависимость режима работы схемы от полярности рабочего напряжения. Для этого в схему включен переключатель П${}_{2}$. С выходных контактов этого переключателя и поступает рабочее напряжение UР, необходимое для работы основной части электронной схемы блока. Нижний (по схеме) выходной контакт этого переключателя соединен с общей (земляной) шиной. \textit{Можно заметить, что входные контакты разъема Р${}_{1}$ не симметричны относительно "земли". Именно по этому, генератор Г3-109 должен работать в режиме плавающей общей точки.}
+В некоторых упражнениях предлагается пронаблюдать зависимость режима работы схемы от полярности рабочего напряжения. Для этого в схему включен переключатель $П_{2}$. С выходных контактов этого переключателя и поступает рабочее напряжение $U_Р$, необходимое для работы основной части электронной схемы блока. Нижний (по схеме) выходной контакт этого переключателя соединен с общей (земляной) шиной. **Можно заметить, что входные контакты разъема $Р_{1}$ не симметричны относительно "земли". Именно по этому, генератор Г3-109 должен работать в режиме плавающей общей точки.**
-Основным элементом схемы является неоновая лампа ЛН марки ТН-0.3-3, в которой и реализуется несамостоятельный разряд. Анод лампы выполнен в виде полого цилиндра. Катод -- в виде тонкого стержня, расположенного на оси анода. Таким образом, электроды лампы заведомо не симметричны. Стандартное включение лампы: анод -- "плюс"; катод -- "минус".  Однако лампа может работать и при обратной полярности и с переменным напряжением. При этом в зависимости от полярности параметры разряда будут разными. Студент должен объяснить эти эффекты. Именно для их наблюдения и введена возможность смены полярности рабочего напряжения переключателем П${}_{2}$.
+Основным элементом схемы является неоновая лампа ЛН марки [[ТН-0.3-3]], в которой и реализуется несамостоятельный разряд. Анод лампы выполнен в виде полого цилиндра. Катод --- в виде тонкого стержня, расположенного на оси анода. Таким образом, электроды лампы заведомо не симметричны. Стандартное включение лампы: анод --- "плюс"; катод --- "минус".  Однако лампа может работать и при обратной полярности и с переменным напряжением. При этом в зависимости от полярности параметры разряда будут разными. Студент должен объяснить эти эффекты. Именно для их наблюдения и введена возможность смены полярности рабочего напряжения переключателем $П_{2}$.
-Рабочее напряжение подается на ЛН через цепочку анодных сопротивлений R${}_{1}$~=~100~кОм и R${}_{2}$~=~1~МОм. Переключателем П${}_{3}$ можно выбрать анодное сопротивление 100~кОм или 1100~кОм.
+Рабочее напряжение подается на ЛН через цепочку анодных сопротивлений $R_{1}=100$ кОм и $R_{2}=1$ МОм. Переключателем $П_{3}$ можно выбрать анодное сопротивление $100$ кОм или $1100$ кОм.
-В цепь лампы включено также катодное сопротивление R${}_{4}$~=~10~кОм. Оно необходимо для определения тока лампы \textit{I}${}_{\textrm{л}}$~=~\textit{U}${}_{R}$${}_{4}$~/~R${}_{4}$~=~UК~/~R${}_{4}$.
+В цепь лампы включено также катодное сопротивление $R_{4}=10$ кОм. Оно необходимо для определения тока лампы $I_{л}=\frac{U_{R_4}}{R_4}=\frac{U_К}{R_4}$.
-Анодное UА, катодное UК и рабочее UР напряжения подаются на выходные разъемы Р${}_{2}$, Р${}_{3}$ и Р${}_{4}$, соответственно и регистрируются осциллографом. В выходные цепи UА и UР последовательно включены сопротивления R${}_{5}$~=~R${}_{6}$~=~9~МОм. Это сделано для того, чтобы исключить необходимость использования внешних делителей напряжения. UА и UР могут принимать значения выше 100~В. Использующиеся в лаборатории осциллографы имеют существенно меньший рабочий диапазон. У большинства (практически у всех) из них входное сопротивление R${}_{\textrm{в}\textrm{х}}$~=~1~МОм. Таким образом, R${}_{5}$ и R${}_{6}$ с входными сопротивлениями осциллографа R${}_{\textrm{в}\textrm{х}}$ являются делителями напряжения на 10.
+Анодное $U_А$, катодное $U_К$ и рабочее $U_Р$ напряжения подаются на выходные разъемы $Р_2$, $Р_{3}$ и $Р_{4}$, соответственно и регистрируются осциллографом. В выходные цепи $U_А$ и $U_Р$ последовательно включены сопротивления $R_{5}=R_{6}=9$ МОм. Это сделано для того, чтобы исключить необходимость использования внешних делителей напряжения. $U_А$ и $U_Р$ могут принимать значения выше $100$ В. Использующиеся в лаборатории осциллографы имеют существенно меньший рабочий диапазон. У большинства (практически у всех) из них входное сопротивление $R_{вх}=1$ МОм. Таким образом, $R_{5}$ и $R_{6}$ с входными сопротивлениями осциллографа $R_{вх}$ являются делителями напряжения на $10$.
-Для выполнения упражнений по изучению релаксационного генератора параллельно цепи ЛН~+~R${}_{4}$ может подключаться RC-цепочка (R${}_{7}$-R${}_{9}$, C${}_{2}$-C${}_{4}$). Выбор ее параметров по емкости осуществляется переключателями П${}_{4}$-П${}_{6}$, по сопротивлению переключателями П${}_{7}$-П${}_{9}$.
+Для выполнения упражнений по изучению релаксационного генератора параллельно цепи ЛН+$R_{4}$ может подключаться RC--цепочка ($R_{7} - R_{9}$, $C_{2} - C_{4}$). Выбор ее параметров по емкости осуществляется переключателями $П_{4} - П_{6}$, по сопротивлению переключателями $П_{7} - П_{9}$.
-Емкость цепочки может меняться в диапазоне С~=~0-1.75~мкФ, с шагом 0.25~мкф. Сопротивление цепочки может меняться в диапазоне R~=~0-70~кОм, с шагом 10~кОм. Выбор емкости C~=~0 (переключатели П${}_{4}$-П${}_{6}$ все отключены) равносилен отключению RC-цепочки.
+Емкость цепочки может меняться в диапазоне $С=0 - 1.75$ мкФ, с шагом $0.25$ мкф. Сопротивление цепочки может меняться в диапазоне $R=0 - 70$ кОм, с шагом $10$ кОм. Выбор емкости $C=0$ (переключатели $П_{4} - П_{6}$ все отключены) равносилен отключению RC--цепочки.
-~\includegraphics*[width=5.83in, height=2.19in, keepaspectratio=false]{image123}~На рис.~3 дано расположение разъемов и переключателе на корпусе ЭБ. Верхнее положение рычагов переключателей на ЭБ соответствует верхним позициям контактов переключателей на схеме. Расположение контактов на схеме, соответствует режиму снятий ВАХ согласно первым трем пунктам \textbf{Упражнения 1 }(см. ниже, "Основные задания").
+На рис. 3 дано расположение разъемов и переключателе на корпусе ЭБ.
+{{ :lab3:выделение_027.jpg?direct&500 |}}
+Верхнее положение рычагов переключателей на ЭБ соответствует верхним позициям контактов переключателей на схеме. Расположение контактов на схеме, соответствует режиму снятий ВАХ согласно первым трем пунктам **Упражнения 1** (см. далее, [[:lab3:контрольные_вопросы32|"Основные задания"]]).
-/*  - Соберите схему, приведенную на рисунке. {{ :lab3:324.png?600 |Схема для измерения ВАХ неоновой лампы}} Если ток разряда через лампу слишком велик, она быстро изнашивается из-за эрозии электродов. Для предотвращения быстрого выхода лампы из строя используйте $R> 5$ кОм.
+  - Соберите схему, приведенную на рисунке. {{ :lab3:324.png?600 |Схема для измерения ВАХ неоновой лампы}} Если ток разряда через лампу слишком велик, она быстро изнашивается из-за эрозии электродов. Для предотвращения быстрого выхода лампы из строя используйте $R> 5$ кОм.
   - Используя генератор синусоидального или пилообразного напряжения и осциллограф со входами **X** и **Y**, получите на экране вольтамперную характеристику (ВАХ) неоновой лампы. Определите потенциал зажигания и гашения разряда для положительной и отрицательной ветвей ВАХ.
   - Изменяя частоту следования импульсов пронаблюдайте изменение формы ВАХ. Объясните причины этих изменений,  принимая во внимание характерные времена, обусловленные наличием сопротивлений и паразитных емкостей в измерительной схеме. Подтвердите экспериментально правильность Вашего объяснения. Зарисуйте ВАХ при частотах 50 Гц, 500 Гц, 5 кГц и 50 кГц.
   - Установите постоянное напряжение на несколько вольт ниже измеренного потенциала зажигания неоновой лампы. Попытайтесь вызвать в ней самостоятельный разряд, поднося к ней наэлектризованное тело (например, пластмассовую расческу) или включая яркий источник света.
   - Измерьте минимальное значение тока через неоновую лампу, при котором самостоятельный разряд еще существует.
-  - Используя приведенную на рисунке {{ :lab3:325.png?600 |Принципиальная схема релаксационного генератора на неоновой лампе}} принципиальную схему релаксационного генератора на неоновой лампе, рассчитайте значения $U_a$, $R_и$, $R$ и $С$ и соберите генератор. При разных значениях $U_a$, $R_и$, $R$ и $С$ измерьте основные характеристики генератора: частоту генерации, амплитуду и длительность переднего фронта импульса, выходное сопротивление генератора. Стремясь получить наибольшую частоту генерации импульсов при выбранном значении $C$, учитывайте, что разряд должен иметь возможность потухнуть: $\frac{U_a}{R_г} <I_{min}$. (см. п. 4 задания). Используя радиочастотный кабель при измерении временных характеристик импульса, учитывайте, что погонная емкость кабеля составляет $100 \frac{пф}{м}$. */
+  - Используя приведенную на рисунке {{ :lab3:325.png?600 |Принципиальная схема релаксационного генератора на неоновой лампе}} принципиальную схему релаксационного генератора на неоновой лампе, рассчитайте значения $U_a$, $R_и$, $R$ и $С$ и соберите генератор. При разных значениях $U_a$, $R_и$, $R$ и $С$ измерьте основные характеристики генератора: частоту генерации, амплитуду и длительность переднего фронта импульса, выходное сопротивление генератора. Стремясь получить наибольшую частоту генерации импульсов при выбранном значении $C$, учитывайте, что разряд должен иметь возможность потухнуть: $\frac{U_a}{R_г} <I_{min}$. (см. п. 4 задания). Используя радиочастотный кабель при измерении временных характеристик импульса, учитывайте, что погонная емкость кабеля составляет $100 \frac{пф}{м}$.
+*/
 Назад к [[:lab3:теория_32|краткой теории]] или далее к [[:lab3:контрольные_вопросы32|заданию и контрольным вопросам]]