Вопросы для самоконтроля

1. Что такое квазистационарные токи.

2. Запишите дифференциальные уравнения для RC-цепи.

3. Поясните зависимость тока зарядки и разрядки конденсатора от времени.

4. Как определить  цепи из осциллограммы.

5. Рассчитайте емкости при параллельном и последовательном соединении конденсаторов.

6. Поясните осциллограммы зарядки-разрядки конденсатора, приведенные на рисунке 8.5.

Лабораторная работа 8

Изучение процессов зарядки и разрядки конденсатора

Цель работы: усвоение понятия об электрической емкости, изучение процессов зарядки и разрядки конденсатора осциллографическим методом, определение времени релаксации процесса и емкости конденсатора.

Приборы и принадлежности: кассета ФПЭ–ПИ/09, магазин сопротивлений (2 шт), магазин емкостей, источник питания, генератор низкочастотный, осциллограф С1-117.

Описание установки

Работа выполняется по схеме, приведенной на рисунке 8.4.

Рисунок 8.4 – Блок-схема установки

С низкочастотного генератора синусоидальный сигнал подается на кассету ПИ, с выхода которой прямоугольные импульсы через два магазина сопротивлений подаются на магазин емкостей. Для того, чтобы получить осциллограммы зарядки и разрядки конденсатора, необходимо через постоянные промежутки времени подключать конденсатор к цепи и сразу же его отключать. Причем частота переключения должна быть такой, при которой незаметно было бы мерцание изображения на экране. Роль такого переключателя в данной работе выполняют прямоугольные импульсы, получаемые с помощью кассеты ФПЭ-ПИ/09 или непосредственно с выхода генератора, поскольку большинство генераторов имеют синусоидальный и прямоугольный выходной сигналы.

Синусоидальный сигнал (1–3 В) подается от входных гнезд Х1, Х2 через разделительный конденсатор С1 на компаратор напряжения (микросхема серии К554СА3Б). Выходной сигнал компаратора управляется усилительным каскадом. С выходных гнезд Х3, Х4 снимается сигнал прямоугольной формы положительной полярности с амплитудой 11,5 В.

Ход работы

1. Используя рисунок 8.4, соберите рабочую схему. Подключите к разъему кассеты ФПЭ-ПИ/09 кабель источника питания.

Внимание: без кассеты ПИ/09 можно получить прямоугольный сигнал непосредственно с генератора.

2. Установите следующие значения параметров выходного напряжения генератора: частота 1 кГц, напряжение 2 В.

3. Получите на экране осциллографа последовательность прямоугольных импульсов и убедитесь в соответствии отображаемых параметров установленным на генераторе.

4. Установите на магазинах сопротивлений и емкостей следующие значения: R₁ = 100 Ом, R₂ = 1 кОм, С = 1·10^-2 мкФ.

5. Получите на экране осциллографа изображение импульсов зарядки и разрядки конденсатора. С помощью ручек «Вольт/делен», «синхронизация», и «время/делен» добейтесь устойчивого неподвижного изображения токов зарядки и разрядки конденсатора.

6. Зарисуйте координатную сетку экрана осциллографа в масштабе и кривые импульсов. Определите время релаксации  (рисунок 8.2, б), емкость конденсатора по известному сопротивлению и максимальное напряжение в импульсе. Вычислите время релаксации цепи  расчетным путем и сравните ее со значением, найденным экспериментально. Найдите среднюю арифметическую ошибку измерений.

7. Повторите пункты 5–6 для других параметров R и С, причем подберите их так, чтобы осциллограммы зарядки-разрядки конденсатора выглядела как на рисунке 8.5 (пунктирные линии).

Рисунок 8.5 – Осциллограмма процесса зарядки-разрядки

конденсатора

8. Не изменяя параметров схемы, подключите вход «Y» осциллографа к выходу сопротивления R₁ и зарисуйте осциллограмму напряжения U_R (рисунок 8.2).

Тема 9

Изучение работы простых цепей

1. Фазовые соотношения в простых цепях

2. Коэффициент передачи

3. Амплитудочастотная и фазочастотная характеристики простых цепей