Задание 1. Изучение кривых заряда и разряда конденсатора

1. Установить усиление канала Y осциллографа таким, чтобы высота импульса на экране была максимальной. Совместить начало кривой заряда с началом шкалы осциллографа. Установить частоту развертки осциллографа такой, чтобы на экране уместилась полная кривая заряда и разряда конденсатора. Снять зависимость , измеряя в секундах, а – в вольтах. Записать 8–10 значений и Y. Результаты занести в табл. 19.1. Построить кривую заряда конденсатора.

Т а б л и ц а 19.1

2. Аналогичные измерения провести для кривой разряда, совместив ее начало с началом координат на шкале осциллографа. Результаты занести в табл. 19.2. Построить кривую разряда конденсатора.

Т а б л и ц а 19.2

3. По кривым заряда и разряда конденсатора определить время, за которое величина напряжения падает до половины первоначального значения («половинное время») и по формуле (19.10) вычислить время релаксации .

4. Не изменяя усиление канала Y осциллографа, получить на экране кривые заряда и разряда конденсатора при других значе-ниях R2 и С, оставляя неизменной величину сопротивления
R1 = 10² Ом. Рекомендуемые значения R2 и С следующие:

R2 = 10³ Ом; С = 2∙10^-2 …4∙10^-2 мкФ;

R2 = 2∙10³ Ом; С = 10^-2 мкФ;

R2 = 3∙10³ Ом; С = 10^-2 мкФ.

Измерить по наблюдаемым на экране осциллографа кривым релаксации заряда «половинное время» в делениях шкалы. Затем перевести в секунды.

Для получения достаточно полного процесса заряда и разряда конденсатора можно изменять частоту следования импульсов, меняя частоту сигнала звукового генератора.

5. Вычислить постоянную времени RC, используя значения параметров RС-цепи. Учесть, что при заряде конденсатора , а при разряде . Рассчитать отношение к RC для всех случаев по формуле

. (19.11)

6. Сравнить величину А с теоретическим значением, равным .

7. Оценить погрешность измерений по формуле

где – среднее значение выполненных измерений.

Задание. 2. Построение кривой разряда конденсатора
в логарифмическом масштабе

Из формулы (19.8) находим

(19.12)

Логарифмируя обе части формулы (19.12), получаем

(19.13)

Воспользовавшись данными табл. 19.2, построить логарифмическую зависимость, функции от времени t, учитывая, что при . Котангенс угла наклона полученной прямой есть характеристическое время релаксации заряда или постоянная времени RC:

. (19.14)

Сравнить полученные результаты со значениями постоянной времени, найденными в задании 1.

Контрольные вопросы

1. Что такое кривая релаксации заряда?

2. Как определяется характеристическое время релаксации ?

3. Опишите блок-схему установки.

4. Как зависит время заряда и разряда конденсатора от элементов цепи R1, R2, С?

5. Какова зависимость напряжения на конденсаторе и тока в цепи от времени, т.е. и , в процессе заряда и разряда конденсатора?

Библиогр.: [5, 4, 6].

Лабораторная работа №20
Исследование затухающих колебаний
в колебательном контуре

Цель работы – изучить параметры и характеристики колебательного контура.