Различия

Показаны различия между двумя версиями страницы.

Ссылка на это сравнение

Следующая версия		Предыдущая версия
lab5:эксперимент53 [2019/04/14 08:33] – создано root_slab5:эксперимент53 [2026/09/04 06:03] (текущий) – внешнее изменение 127.0.0.1
Строка 3: Строка 3:
 Прежде чем начинать измерения, прочитайте все пункты задания до конца и лишь после этого приступайте к выполнению работы. Прежде чем начинать измерения, прочитайте все пункты задания до конца и лишь после этого приступайте к выполнению работы.
  
-1. Включение установки «Пояс Роговского», предварительная настройка приборов.+==== 1. Включение установки Пояс Роговского, предварительная настройка приборов. ====
  
-Включить генератор SFG-2110. Выбрать форму выходного сигнала. Для этого нажать кнопку «wave». На индикаторной панели будет высвечиваться форма сигнала: синус, меандр и треугольник. Выбрать меандр. Ручку амплитуды выходного сигнала AMPL установить на максимум.+В работе используется следующее оборудование: 
 +  * генератор сигналов, 
 +  * осциллограф двухлучевой. 
 + 
 +На осциллографе рекомендуется использовать режим усреднения входного сигнала с числом 4 (или 8). Для этого необходимо на осциллографе [[tex:4116|АКИП-4116/1]] нажать кнопку "сбор инф", в блоке меню в группе "Режим" выбрать "Усредн" кнопкой F2, затем кнопками F3 и F4 выбрать число усреднения 4 или 8. 
 + 
 +Генератор [[tex:ADG-1005|Актаком ADG-1005]] необходимо настроить на формирование прямоугольного сигнала. Для этого необходимо нажать кнопку "Shift" и затем "Square". Частоту сигнала можно оставить по умолчанию 1 кГц, а амплитуду установить 15...20 В, нажав кнопку "Ampl" и выставив значение вращающейся ручкой настройки. Вернуться в режим регулировки частоты можно нажав кнопку "Freq". 
 + 
 + 
 +/* 
 +Включить генератор [[tex:sfg-2110|SFG-2110]]. Выбрать форму выходного сигнала. Для этого нажать кнопку «wave». На индикаторной панели будет высвечиваться форма сигнала: синус, меандр и треугольник. Выбрать меандр. Ручку амплитуды выходного сигнала AMPL установить на максимум.
  
 Установить частоту выходного сигнала генератора. Набрать требуемое значение частоты (например 10). Выбрать значение единицы измерения (например kHz).  Установить частоту выходного сигнала генератора. Набрать требуемое значение частоты (например 10). Выбрать значение единицы измерения (например kHz). 
Строка 11: Строка 21:
 Выход генератора соединить с проводником, проходящим по оси пояса Роговского, в конце которого установлена нагрузка 50 Ом. С выхода этого проводника подать сигнал на первый канал осциллографа. На второй канал подать сигнал с выхода первого пояса.  Выход генератора соединить с проводником, проходящим по оси пояса Роговского, в конце которого установлена нагрузка 50 Ом. С выхода этого проводника подать сигнал на первый канал осциллографа. На второй канал подать сигнал с выхода первого пояса. 
  
-Включить осциллограф Tektronix TDS1012. Когда дисплей выйдет на рабочий режим, нажать кнопку AUTO SET. На дисплее появятся сигналы, поданные на вход 1 и 2. В нижней части есть индикация чувствительности вертикальной и горизонтальной разверток каналов. Для ознакомления с широкими возможностями цифрового осциллографа следует обратиться к его описанию.+Включить осциллограф [[tex:tds2024|Tektronix TDS1012]]. Когда дисплей выйдет на рабочий режим, нажать кнопку AUTO SET. На дисплее появятся сигналы, поданные на вход 1 и 2. В нижней части есть индикация чувствительности вертикальной и горизонтальной разверток каналов. Для ознакомления с широкими возможностями цифрового осциллографа следует обратиться к его описанию.
  
-Установить скважность выходного сигнала с генератора в режиме меандра. Нажать SHIFT и «7». Затем набрать число «20». Оно высветится на дисплее. Нажать кнопку Hz/\%. Изменение скважности сигнала будет видно на осциллографе. При такой скважности рекомендуется выполнять работу.+Установить скважность выходного сигнала с генератора в режиме меандра. Нажать SHIFT и «7». Затем набрать число «20». Оно высветится на дисплее. Нажать кнопку Hz/%. Изменение скважности сигнала будет видно на осциллографе. При такой скважности рекомендуется выполнять работу.
  
 Выполнить задания 2 --- 4. Чтобы быстрее начать выполнять задания, можно рекомендовать для наблюдения свободных колебаний первого пояса установить частоту повторения импульсов на генераторе 10 кГц, в режиме интегрирования тока на собственной индуктивности $-$ 1 МГц, интегрирования тока на внешней емкости $-$ 200 кГц. После выполнения пунктов 2$-$4 с первым поясом, подобрать частоту генератора для второго пояса самостоятельно. Выполнить задания 2 --- 4. Чтобы быстрее начать выполнять задания, можно рекомендовать для наблюдения свободных колебаний первого пояса установить частоту повторения импульсов на генераторе 10 кГц, в режиме интегрирования тока на собственной индуктивности $-$ 1 МГц, интегрирования тока на внешней емкости $-$ 200 кГц. После выполнения пунктов 2$-$4 с первым поясом, подобрать частоту генератора для второго пояса самостоятельно.
- +*/ 
-2. Определение собственных параметров пояса: емкости, индуктивности и активного сопротивления.+==== 2. Определение собственных параметров пояса: емкости, индуктивности и активного сопротивления. ====
  
 При подаче по центральному проводнику прямоугольного импульса тока с достаточно короткими фронтами после каждого из фронтов в поясе возникают свободные затухающие колебания с собственной частотой (см. например, Ч.I рис 20) При подаче по центральному проводнику прямоугольного импульса тока с достаточно короткими фронтами после каждого из фронтов в поясе возникают свободные затухающие колебания с собственной частотой (см. например, Ч.I рис 20)
 $$ $$
-L_{0} =\frac{1}{4\pi ^{2} f_{0}^{2} C_{0} } .  +f_{0} =\frac{1}{2\pi\sqrt{ L_{0} C_0} } .
 $$ $$
  
 Подключив дополнительную емкость $C_{1} $ известной величины параллельно выходу пояса и определив новую частоту $f_{1} $, можно найти емкость $C_{0} $ , используя соотношение Подключив дополнительную емкость $C_{1} $ известной величины параллельно выходу пояса и определив новую частоту $f_{1} $, можно найти емкость $C_{0} $ , используя соотношение
-\begin{equation} \label{GrindEQ__18_}  +$$ 
-\frac{f_{0}^{2} }{f_{1}^{2} } =\frac{C_{0} +C_{1} }{C_{0} } .   +\frac{f_{0}^{2} }{f_{1}^{2} } =\frac{C_{0} +C_{1} }{C_{0} } . 
-\end{equation} +$$
  
 Собственная индуктивность находится из Собственная индуктивность находится из
-\begin{equation} \label{GrindEQ__19_}  +$$ 
-L_{0} =\frac{1}{4\pi ^{2} f_{0}^{2} C_{0} } .   +L_{0} =\frac{1}{4\pi ^{2} f_{0}^{2} C_{0} } . 
-\end{equation} +$$
  
-По форме огибающей затухающих колебаний оценивается собственная постоянная затухания пояса $\tau =2L r^{-1}$ (см. работу 5.2 и разд. 4.1) и сопротивление $r$.+По форме огибающей затухающих колебаний оценивается собственная постоянная затухания пояса $\tau =\frac{2L}r$ (см. работу 5.2 и разд. 4.1) и сопротивление $r$.
  
-Для нахождения собственных параметров пояса подключаем выход пояса через измерительный коаксиальный кабель к осциллографу. При таком подключении нагрузкой пояса является емкость кабеля и входная емкость осциллографа. Удельная емкость кабеля  равна 100 пФ/м, входная емкость осциллографа Tektronix TDS1012 -- 20 пФ. Наблюдайте свободные затухающие колебания без и с дополнительно подключенными известными емкостями. Анализируя осциллограммы, определите собственные индуктивность, емкость, активное сопротивление и частоту для каждого пояса. Сравните полученное значение индуктивности с расчетной по формуле +Для нахождения собственных параметров пояса подключаем выход пояса через измерительный коаксиальный кабель к осциллографу. При таком подключении нагрузкой пояса является емкость кабеля и входная емкость осциллографа. Удельная емкость кабеля  равна 100 пФ/м, входная емкость осциллографа /* Tektronix TDS1012 */ --- 20 пФ. Наблюдайте свободные затухающие колебания без и с дополнительно подключенными известными емкостями. Анализируя осциллограммы, определите собственные индуктивность, емкость, активное сопротивление и частоту для каждого пояса. Сравните полученное значение индуктивности с расчетной по формуле 
 $$ $$
 L=\frac{\mu _{0} \mu }{2\pi } N^{2} b\ln \left(\frac{R+a}{a} \right), L=\frac{\mu _{0} \mu }{2\pi } N^{2} b\ln \left(\frac{R+a}{a} \right),
Строка 42: Строка 52:
 а активное сопротивление $-$ с измеренным при помощью цифрового тестера. а активное сопротивление $-$ с измеренным при помощью цифрового тестера.
  
-3. Режим интегрирования тока на собственной индуктивности.+==== 3. Режим интегрирования тока на собственной индуктивности. ====
  
-\noindent В качестве нагрузки пояса подключите активное сопротивление (рис. 2). ). С помощью уравнения 9 оцените рабочий диапазон длительности импульсов тока, для которого пояс будет правильно работать в этом режиме. Меняя длительность импульса тока и величину сопротивления, рассмотрите получаемые осциллограммы. Объясните наблюдаемые картины, учитывая, что на нагрузочном сопротивлении возникает напряжение, обусловленное импульсом тока $I_{1} \left(t\right)$ и собственными колебаниями пояса. Качественно зарисуйте в рабочей тетради осциллограммы при минимальном, среднем и максимальном значении нагрузочного сопротивлении и различных длительностях импульса. Подберите параметры, при которых форма импульса передается  наилучшим образом для поясов 1 и 2. Осциллограмму зарисуйте в тетрадь. Для такого импульса измерьте коэффициент передачи по току и сравните с расчетной величиной +В качестве нагрузки пояса подключите активное сопротивление (рис. 2). С помощью уравнения 9 оцените рабочий диапазон длительности импульсов тока, для которого пояс будет правильно работать в этом режиме. Меняя длительность импульса тока и величину сопротивления, рассмотрите получаемые осциллограммы. Объясните наблюдаемые картины, учитывая, что на нагрузочном сопротивлении возникает напряжение, обусловленное импульсом тока $I_{1} \left(t\right)$ и собственными колебаниями пояса. Качественно зарисуйте в рабочей тетради осциллограммы при минимальном, среднем и максимальном значении нагрузочного сопротивлении и различных длительностях импульса. Подберите параметры, при которых форма импульса передается  наилучшим образом для поясов 1 и 2. Осциллограмму зарисуйте в тетрадь. Для такого импульса измерьте коэффициент передачи по току и сравните с расчетной величиной 
 $$ $$
 I_2 (t)=\frac{I_1(t)}{N}, \ \ \ \mbox{ при } \tau _{н} \ll \tau =\frac{L}{R_{н} +r}. I_2 (t)=\frac{I_1(t)}{N}, \ \ \ \mbox{ при } \tau _{н} \ll \tau =\frac{L}{R_{н} +r}.
Строка 52: Строка 62:
  
  
-4. Режим интегрирования тока на внешней емкости.+==== 4. Режим интегрирования тока на внешней емкости. ====
  
 Используйте в качестве нагрузки пояса интегрирующую цепочку (рис. 3). С помощью уравнения  Используйте в качестве нагрузки пояса интегрирующую цепочку (рис. 3). С помощью уравнения 
-\begin{equation}  +$$ 
-\frac{L}{R_{н} +r} \ll \tau _{н} \ll \left(R_{н} +r\right)C_{н} .   +\frac{L}{R_{н} +r} \ll \tau _{н} \ll \left(R_{н} +r\right)C_{н} . 
-\end{equation} +$$
 оцените рабочий диапазон длительности импульсов тока, для которого пояс будет правильно работать в этом режиме. Подберите параметры цепочки и длительность импульса, при которых форма импульса передается наилучшим образом для пояса 1. Зарисуйте в рабочей тетради осциллограммы и запишите параметры интегрирующей цепочки. Для таких импульсов сравните величину наблюдаемого сигнала с расчетной в соответствии с формулой  оцените рабочий диапазон длительности импульсов тока, для которого пояс будет правильно работать в этом режиме. Подберите параметры цепочки и длительность импульса, при которых форма импульса передается наилучшим образом для пояса 1. Зарисуйте в рабочей тетради осциллограммы и запишите параметры интегрирующей цепочки. Для таких импульсов сравните величину наблюдаемого сигнала с расчетной в соответствии с формулой 
-\begin{equation}  +$$ 
-I_{1} \left(t\right)=-\frac{\left(R_{н} +r\right)C}{M} U_{C} \left(t\right)=-\frac{\left(R_{н} +r\right)C}{M} N\cdot U_{C} \left(t\right).   +I_{1} \left(t\right)=-\frac{\left(R_{н} +r\right)C}{M} U_{C} \left(t\right)=-\frac{\left(R_{н} +r\right)C}{L} N\cdot U_{C} \left(t\right). 
-\end{equation} +$$ 
 + 
 +Назад к [[:lab5:теория_53|краткой теории]] или далее к [[:lab5:контрольные_вопросы53|контрольным вопросам]]