Мета: Вивчити роботу осцилографа, виміряти за допомогою осцилографа напругу і частоту синусоїдального сигналу генератора ГССФ.
Устаткування: Генератор ГССФ, осцилограф С1-93, мультиметр MY-642, сигнальні дроти.
Хід роботи: Осцилограф і мультиметр підключають до генератора за схемою, зображеної на рис. 2.1, 2.1а.
Мал. 2.1. Монтажна схема з'єднання осцилографа, генератора, мультиметра
Мал. 2.1а. Зовнішній вигляд монтажної схеми
На генераторі задають синусоїдальний сигнал довільної частоти і напруги. За дійсне значення частоти приймають показання індикатора частоти генератора, за дійсне значення напруги - діюче значення напруги, що знімається мультиметром, підключеним до генератора згідно зі схемою. Осцилограф підключають до генератора. Знімають показання з осцилографа:
Um - амплітудне значення напруги.
За знятим показаннями знаходять частоту n і діюче значення напруги U за формулами:
Проводять серію вимірювань, дані заносять в табл. 2.1.
За отриманими результатами формулюють висновки.
1. З яких частин складається лабораторний комплекс «Електрика і магнетизм»? Для чого вони призначені?
2. Сигнали якої форми може виробляти генератор напруги спеціальної форми? Як змінити форму сигналу?
3. Як визначити, що генератор напруги перевантажений? Що потрібно зробити при наявності перевантаження?
4. Які величини дозволяє виміряти мультиметр?
5. Як необхідно під'єднати мультиметр для вимірювання струму? Які входи мультиметра потрібно задіяти? У яке становище встановити перемикач режимів?
6. Як під'єднати мультиметр для вимірювання змінної напруги?
7. Як виміряти опір мультиметром? Яка точність вимірювання?
8. Як виміряти напругу і частоту осциллографом? Як визначити похибки вимірювання?
ВИЗНАЧЕННЯ ЄМНОСТІ КОНДЕНСАТОРА
Мета: Ознайомитися з методами вимірювання електричної ємності конденсатора С.
Устаткування: Генератор напруг, мультиметри, мініблокі: «Інтегратор струму», «Ключ», «Конденсатор» еталонної ємності, «Конденсатор» невідомої ємності.
Вимірювання ємності конденсатора можна здійснити різними методами. У даній роботі в основу виміру ємності належить співвідношення між зарядом конденсатора Q. його ємністю C і різницею потенціалів U на обкладинках конденсатора:
Метод вимірювання ємності конденсатора включає в себе градуювання інтегратора струму, визначення невідомої ємності двома методами, контроль правильності результату градуювання шляхом вимірювання ємності C батареї з двох конденсаторів відомої ємності.
У даній роботі для вимірювання заряду використовується інтегратор струму.
При цьому величина заряду, що пройшов через нього, пропорційна показання вольтметра Uінт:
де # 947; - градуировочная постійна інтегратора.
Розрахункову формулу для вимірюваної ємності знайдемо, використовуючи рівності (1) і (2):
Визначення градуировочной постійної (градуювання приладу) виконують також за допомогою формули (3), проводячи вимірювання для еталонного конденсатора з відомою ємністю Се. При цьому вираз
дозволяє розрахувати величину # 947; (Величини з індексом «Е» відносяться до вимірювань з еталонним конденсатором).
Для перевірки правильності градуювання приладу необхідно провести з його допомогою вимірювання будь-якої відомої ємності. Для цього можна використовувати ємність, отриману шляхом з'єднання двох конденсаторів Се і Сх. попередньо вимірявши невідому ємність Сх. Порівнюючи виміряне значення ємності з'єднаних конденсаторів Сексп з розрахованим за відомими формулами для паралельного
Схема електричного кола представлена на рис. 3.1, монтажна схема - на рис. 3.2.
Мал. 3.1. Електрична схема
1 - регульований джерело постійної напруги «0 ÷ +15 В»; 2 - перемикач;
3 - мініблок «Ключ»; 4 - досліджуваний конденсатор С; 5 - демпфуючий ключ;
6 - інтегратор струму; 7 - мініблок «Інтегратор струму»; 8, 9 - мультиметри
(Режим V 20 В, входи COM, V # 937;)
Для зарядки конденсатора перемикач 2 встановлюють в положення «А», а демпфуючий ключ 5 замикають (положення «Скидання»). Конденсатор заряджають до напруги U (не більше 2 В), контрольованого вольтметром 9. Перед вимірюванням демпфуючий ключ 5 розмикають, а перемикач 2 переводять в положення «В». При цьому заряд, наявний на обкладинках конденсатора, пройде через інтегратор струму і буде зафіксовано вольтметром 8 (показання вольтметра Uінт). Надалі внаслідок витоків напруга, зафіксоване вольтметром 8, може змінюватися.
Мал. 3.2. Монтажна схема
3 - мініблок «Ключ»; 7 - мініблок «Інтегратор струму»; 8, 9 - мультиметри
Порядок виконання роботи
1. Складіть електричне коло за схемою, наведеною на рис. 3.2, підключивши конденсатори Сх і Сепараллельно. Значення еталонної ємності Се запишіть в табл. 3.1.
2. Увімкніть кнопками «Мережа» харчування блоку генераторів напруги і блоку мультиметров. Натисніть кнопку «Початкова установка».
3. Зарядите конденсатори, для цього:
а) демпфуючий ключ 5 встановіть в положення «Скидання»;
б) перемикач 2 (тумблер) встановіть в положення «А»;
в) змінюючи напругу зарядки конденсатора кнопками установки напруги «0 ÷ +15 В» (позиція 14, рис. 1.1), встановіть його не більше 2 В (відлік по мультиметру 9).
4. Розрядіть заряджений конденсатор через інтегратор, для цього:
а) розімкніть демпфуючий ключ 5;
б) переведіть перемикач 2 в положення «В». Якщо при цьому загориться індикатор перевантаження у інтегратора струму, зменшіть напруга зарядки конденсаторів. Запам'ятайте показання мультиметра 8 безпосередньо після розряду конденсатора.
5. Повторіть пункти 3 і 4 кілька разів, підібравши таку напругу зарядки (показання мультиметра 9) Uпарал. при якому напруга розрядки (показання мультиметра 8)
Еталонний конденсатор Се = мкФ
6. Не змінюючи напругу зарядки Uпарал. виконайте 5 вимірювань
7. З'єднайте Сх і Сепоследовательно .Напруга Uпослоставьте рівним Uпарал. Виконайте 5 вимірювань
8. Проведіть окремо вимірювання величини
9. Для перевірки правильності градуювання за допомогою мультиметра виміряйте невідому ємність конденсатора (див. Стор. 13 «вимір ємності»), результат
10. Вимкніть кнопками «Мережа» харчування блоку генераторів напруги і блоку мультиметров.
Обробка результатів вимірювань
1. Використовуючи дані табл. 3.1, розрахуйте градуювальну постійну # 947; (Формула 4)
2. За формулою (3) розрахуйте ємності невідомого конденсатора
ємність паралельно з'єднаних конденсаторів
і ємність послідовно з'єднаних конденсаторів
Результати розрахунків запишіть в табл. 3.2.
Невідома ємність Сх, мкФ
3. Оцініть відносну похибку величини Сх:
,
де
4. Використовуючи значення ємностей Се і
Результати розрахунків запишіть в табл. 3.2.
5. Знайдіть відносне відхилення експериментальних значень від розрахункових у відсотках:
Отримані результати розрахунків запишіть в табл. 3.2.
6. Зіставляючи ці відхилення з відносною похибкою вимірювань
7. Порівняйте результати вимірювання невідомої ємності (
1. Дайте визначення величин ємності провідника і конденсатора.
2. Від яких величин залежить ємність провідника і конденсатора?
3. Як зміниться ємність конденсатора при зміні проникності діелектрика # 949; r або відстані між обкладинками d:
а) якщо конденсатор відключений від джерела струму;
б) без відключення?
4. Запишіть формули для розрахунку ємності при послідовному і паралельному з'єднаннях конденсаторів. Як змінюється ємність в з'єднанні в порівнянні з ємністю одного конденсатора?
5. Порівняйте параметри (заряд, напруга) одного конденсатора і батареї конденсаторів, з'єднаних:
6. Яку величину вимірюють інтегратором? Від чого залежать свідчення U приладу?
7. Що показує величина градуировочной постійної # 947; ?
8. Які величини необхідно виміряти для градуювання приладу?
9. Які формули використовують для визначення градуювальної постійної # 947 ;. ємності невідомого конденсатора Сх і ємності з'єднання конденсаторів Сексп і Срасч?