Politechnika Częstochowska

Katedra Fizyki

Ćwiczenie nr 13

Temat ćw: Pomiar częstotliwości drgań generatora przy użyciu oscyloskopu katodowego.

Opracowali:

Janusz Niklas

Sebastian Wąs

Studia Dzienne

Wydział Budowy Maszyn

Sem. III gr. VI

Rok Akademicki 1998/99

1) Powstawanie drgań elektrycznych.

Drganie - to zmiana pewnej wielkości zachodząca w czasie w sposób powtarzający się (okresowy). W przyrodzie także mamy doczynienia z drganiami, związane to jest z ruchem ładunków elektrycznych i drgania te nazywamy elektrycznymi.

Na wywołanie drgań elektrycznych ma wpływ rodzaj prądu płynącego w obwodzie. W obwodzie prądu przemiennego drgania powstają wskutek działania napięcia wymuszającego. A to napięcie zmienne przyłożone do układu stanowi główne źródło siły wymuszającej. Zakładając, że obwód LC pozbawiony jest strat energii, okres wywołanych w nim drgań elektrycznych można wyrazić wzorem:

2) Składanie drgań. Krzywe Lissajous.

Krzywe Lissajous to linie zakreślone przez punkt, którego ruch jest wypadkową dwu wzajemnie prostopadłych drgań harmonicznych o różnuch częstotliwościach np. przy stosunku częstotliwości drgań 1:1 krzywe Lissajous są elipsami, które przy różnicy faz 0 lub pi przekształcają się w odcinki prostych. Obserwacje krzywych Lissajous stanowią wygodną metodę badania postaci drgań.

3) Budowa i działanie generatora. Rodzaje generatorów.

Generator jest to urządzenie wytwarzające czynnik energetyczny, energię elektryczną, drgania elektryczne lub przetwarzające jeden rodzaj energii w drugi. Pod względem rodzaju wytwarzanych drgań generatory dzielimy na generatory drgań tłumionych i generatory drgań nietłumionych. Pod względem zasady działania rozróżniamy generatory:

- wzbudzania drgań ładunku elektrycznego w obwodzie (generatory oscylacyjne),

- wzbudzania drgań swobodnych elektronów (generatory elektronowe),

- wzbudzania drgań układu materialnego.

Każdy generator składa się z układu drgań oraz urządzenia pobudzającego.

Jednym ze składników budowy generatora musi być czynny element kompensujący straty obwodu generującego (np. tranzystor lub wzmacniacz operacyjny).

Typy generatorów:

- Generatory sinusoidalne:

- generatory ze sprzężeniem zwrotnym

- generatory z ujemną rezystancją

- Generatory kwarcowe

- Generatory impulsów: relaksacyjne

• Pod względem zasady działania:

- astabilne

- wyzwalane:

- monostabilne

- bistabilne

- Generatory przebiegów liniowych

• Generatory mocy

• Generatory gazowe

• Generatory octowe

• Generatory ultradźwięków

• Generatory drgań elektrycznych

4. Budowa, zasada działania i zastosowanie oscylografu katodowego.

Oscyloskop służy do badania sygnałów nanosekundowych, mierzenia, obserwowania i rejestracji przebiegów elektrycznych (lub innych przetworzonych na elektryczne) odzwierciedlonych na ekranie lampy oscyloskopowej.

Zasada działania oscyloskopu - Strumień elektronów (umożliwiający rejestrację badanego przebiegu) przechodzi przez obszar pomiędzy płytkami odchylania pionowego y i poziomego x. Napięcie przyłożone do tych płytek odchyla strumień zgodnie z kierunkiem pola elektrycznego. Wówczas skoncentrowany strumień elektronów, padając na ekran luminescencyjny lampy, tworzy tzw. plamkę świetlną (pod wpływem działania na strumień elektronów pola elektrycznego następuje zmiana położenia plamki). Gdy strumień elektronów odchyla się, plamka świetlna na ekranie porusza się, rysując jasną krzywą. Promień ma możliwość odchylania się w dwóch kierunkach: poziomym i pionowym.

Aby na ekranie uzyskać przebieg funkcji w czasie, do płytek odchylających x przykłada się sygnał o przebiegu piłokształtnym z generatora wewnętrznego.

Budowa oscyloskopu - Podstawowym podzespołem każdego oscyloskopu jest promieniowa lampa oscyloskopowa, która składa się z trzech podstawowych części: wyrzutni elektronowej (emitującej i skupiającej elektrony w cienką wiązkę), układu odchylającego strumień elektronów oraz ekranu (na którym powstaje widzialny obraz pod wpływem bombardowania elektronami). Całość jest zamknięta w bańce szklanej, z której usunięto powietrze. Ekran oscyloskopu pokryty jest od wewnątrz warstwą substancji fluoryzującej, która świeci pod wpływem padającej wiązki elektronów. Dwie pary płytek odchylających x i y służące do elektrycznego odchylania wiązki, utworzone są przez dwa kondensatory płytkowe, w których przyłożony sygnał elektryczny wytwarza elektryczne pole odchylające.

Zastosowanie oscyloskopu:

- obserwacja przebiegów impulsowych

• obserwacja przebiegów okresowych

• pomiar amplitudy napięcia

• pomiar mocy

• pomiar czasu trwania impulsu

• badanie częstotliwości porównując częstotliwości źródła badanego z wzorcowym

• badanie prądu przemiennego

• badanie kąta przesunięcia fazowego między dwoma napięciami

• badanie efektów prostowania

• badanie impulsowo wzbudzonych drgań elektrycznych

• badanie filtrów elektrycznych

Długość fali λ [cm]	Δλ [cm]	Podstawa czasu [ms/cm]	Okres T [s]	ΔT [s]	Częstotliwość f [Hz]	Δf [Hz]
4	0,1	5	20*10^-3	0,5*10^-3	50	1,25

lp.	Krzywa Lissajous	Położenie skali [Hz]	n2		n1	F [Hz]	ΔF [Hz]
1		18	3		1	16.6666	0.416667
2		27,1	2		1	25	0.625
3		59	1		1	50	1.25
4		110	1		2	100	2.5
5		162	1		3	150	3.75
6		216		1	4	200	5
7		266		1	5	250	6.25

Gdzie:

Wykres zależności częstości (w Hz) od liczb na skali generatora RC.

Wnioski:

Celem ćwiczenia jest zapoznanie z zasadą pomiaru częstości drgań za pomocą oscyloskopu katodowego. W wyniku przeprowadzonego doświadczenia uzyskano figury Lissajous. Dla częstotliwości na podziałce powyżej 1 [kHz] odczytanie obrazów figur Lissajous było niemożliwe, ponieważ dla częstotliwości większej od 1 [kHz] figury miały tak dużo oczek, że ekran oscyloskopu nie był w stanie ich pomieścić, figury te nakładały się na siebie, a odstępy między nimi były tak małe, że nie byliśmy w stanie ich zobaczyć. W celu odczytania większej ilości figur należałoby zaopatrzyć się w oscyloskop o większym wyświetlaczu. Podczas wykonywania ćwiczenia
wystąpiły trudności z ustawieniem figur Lissajous w taki sposób by się nie poruszały na ekranie oscyloskopu. Związane to było z tym, że w czasie wykonywania doświadczenia do sieci było włączone urządzenie, które emitowało duże zakłócenia.

1

3

---