ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 4 ТИРАТРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР РЕЛАКСАЦИОННЫХ КОЛЕБАНИЙ Цель работы: изучение газонаполненной лампы- тиратрона и ее использование для
1 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 4 ТИРАТРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР РЕЛАКСАЦИОННЫХ КОЛЕБАНИЙ Цель работы: изучение газонаполненной лампы- тиратрона и ее использование для получения релаксационных колебаний. Приборы и материалы: осциллограф, источник питания ИП, миллиамперметр, вольтметр, магазин сопротивлений, магазин емкостей, модуль ФПЭ-12. Теоретическое введение. Простейший тиратрон - это трехэлектродная лампа, наполненная газом при низком давлении. Если анодное напряжение недостаточно для ионизации газа в нем, то ток через тиратрон подчиняется законам, справедливым для вакуумного триода. При повышении анодного напряжения до напряжения зажигания в тиратроне возникает дуговой разряд. Развитие дугового разряда происходит с нарастающей скоростью - лавиной. Однако для возникновения лавины необходимо наличие некоторой определенной начальной ионизации. Когда анодное напряжение близко к напряжению зажигания, в тиратроне существует предразрядный ток. Этот ток создается за счет электронной эмиссии катода, а также за счет начальной ионизации газа - тихий или тлеющий разряд. В процессе зажигания анодное напряжение падает от напряжения зажигания до некоторого значения. Следовательно, сопротивление тиратрона в стадии зажигания отрицательное, а в стадии горения близко к нулю. Анодное напряжение, при котором в тиратроне прекращается дуговой разряд, называется напряжением гашения. При погасании тиратрон еще некоторое время сохраняет способность проводить ток за счет оставшихся после разряда ионов. Процесс исчезновения такой проводимости называется деионизацией тиратрона. Принцип действия и основные свойства генератора. Принципиальная схема генератора приведена на рис. (R - сопротивление, С - конденсатор, Т - тиратрон). Принцип действия генератора состоит в следующем: при подключении к схеме источника постоянного электрического напряжения конденсатор С заряжается через сопротивление R. Когда напряжение на конденсаторе станет равным напряжению 1
2 зажигания тиратрон зажжется, и конденсатор практически мгновенно разрядитсяя через него до тиратрон напряжения гашения. При этом погаснет, и конденсатор снова станет заряжаться. Описанный процесс будет повторяться периодически. График зависимости напряжения на конденсаторе от времени представлен на рис.. Колебания подобногоо вида, сильно отличающиеся по своей форме от гармонических, часто называют срывными или релаксационными. Период таких колебаний может быть вычислен по формуле: U T = RC ln U 0 0 U U Г з, (*) где R- сопротивление резистора, С- емкость конденсатора, U Г - напряжениее гашения,, U з - напряжение зажигания, U 0 - питающее напряжение. Если сигнал с конденсатора подать на вход осциллографа, то период колебания можно замерить непосредственно с измерения длительности сигнала. экрана осциллографа, работающего в режимее Описание установки. Установка для изучения релаксационных колебаний (см. рис.) состоит из лабораторного стенда, на котором установлены осциллограф РО, источник питания прибор0 ИП, измерительный миллиамперметр РА, магазин сопротивлений МС, магазин емкостей МЕ и кассета ФПЭ-12, в которой размещена газонаполненная лампа. В схеме применен тиратрон МТХ-90 с неоновым 2
3 наполнением. Приборы в установке соединены между собой и готовы к выполнению работы. Задание 1. Снятие вольтамперной характеристики и определение потенциалов зажигания и гашения тиратрона. Порядок выполнения работы. 1. Кнопку «РЕЖИМ» кассеты ФПЭ-12 отжать. Ручку регулировки напряжения 120 В источника питания установить в крайнее левое положение. Измерительный прибор РА (миллиамперметр) подготовить к работе в режиме, обеспечивающем измерение силы тока до 2 ма. Вольтметр установить в режим измерения напряжения до 200 В. 2. Включить лабораторный стенд, источник питания ИП, измерительный прибор РА (миллиамперметр), цифровой вольтметр. 3. Снять вольтамперную характеристику в прямом (при увеличении напряжения на лампе) направлении. Для этого ручкой регулировки напряжения источника питания изменять напряжение от 40 В до 120 В через 5 В и измерять силу тока I 1. Результаты занести в таблицу. Напряжение определять с помощью цифрового вольтметра. 4. Снять вольтамперную характеристику в обратном направлении. Для этого, уменьшая через 5 В напряжение от 120 В до 40 В, измерять силу тока I 2. Результаты занести в таблицу. 5. Определить напряжение зажигания и гашения лампы. Для этого выбрать из таблицы интервал напряжений, в котором лампа зажигалась (гасла). В этом интервале, постепенно увеличивая (уменьшая) напряжение на 1 2 В, зафиксировать такое напряжение, при котором ток в лампе скачком увеличился от нуля до конечной величины (либо уменьшился до нуля). Измерения провести не менее 5 раз. 6. Выключить измерительный прибор РА (миллиамперметр). Задание 2. Изучение работы генератора релаксационных колебаний. Порядок выполнения работы. 1. Измерить период релаксационных колебаний. Для этого нажать кнопку «РЕЖИМ» кассеты ФПЭ-12, установить на магазине сопротивлений сопротивление R=1 МОм, на магазине емкостей установить емкость С= мкф. Осциллограф подготовить к работе в режиме измерения длительности сигнала. Включить 3
4 лабораторный стенд, источник питания и осциллограф. Установить ручкой регулировки напряжения источника питания 115 В (фиксируется по цифровому вольтметру). Усиление по оси Y осциллографа установить таким, чтобы сигнал занимал 2/3 экрана осциллографа по высоте. Установить такую частоту развертки, чтобы на экране были видны одно-два релаксационных колебания. 2. Измерить амплитуду сигнала на экране осциллографа. При расчете учтите, что значение напряжения, измеренное осциллографом, необходимо увеличить в десять раз, т.к. при измерении используется делитель сигнала (х10), находящийся в щупе осциллографа. 3. Снять зависимость периода колебаний от напряжения на источнике питания при постоянном значении R и C. Для каждого значения питающего напряжения определить амплитуду колебаний. 4. Снять зависимость периода колебаний от сопротивления при постоянном значении U и C. Для каждого значения сопротивления резистора определить амплитуду колебаний. 5. Снять зависимость периода колебаний от емкости конденсатора при постоянном значении R и U. Для каждого значения емкости конденсатора определить амплитуду колебаний. 6. Выключить лабораторный стенд, источник питания и осциллограф. 7. Построить вольтамперную характеристику лампы в прямом и обратном направлении на одном графике. Указать направление. Определить среднее значение напряжения зажигания и гашения лампы. Записать эти значения на графике. 8. Построить график зависимости периода релаксационных колебаний от напряжения на лампе. 9. Построить график зависимости периода релаксационных колебаний от величины емкости. 10. Построить график зависимости периода релаксационных колебаний от величины сопротивления. 11. На графики нанести соответствующие теоретические кривые зависимости T(U, R,C). При расчете периода колебаний воспользуйтесь формулой (*). Вместо значения напряжения гашения подставьте U мин =U 0 -А, где А- амплитуда колебаний в вольтах, U 0 - питающее напряжение. Объяснить полученные зависимости. 4
5 Контрольные вопросы 1. Что такое несамостоятельный разряд? 2. Каков механизм возникновения самостоятельного разряда? 3. Как работает генератор релаксационных колебаний? 4. Почему напряжение гашения тиратрона меньше напряжения зажигания? 5. Как в схеме генератора осуществляется «обратная связь»? 6. От каких параметров зависит период колебаний? 7. Почему U мин, рассчитанное в задании 2, меньше напряжения гашения тиратрона? 5
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 8 ТИРАТРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР РЕЛАКСАЦИОННЫХ КОЛЕБАНИЙ Цель работы: изучение газонаполненной лампы- тиратрона и ее использование дляЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 8 ТИРАТРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР РЕЛАКСАЦИОННЫХ КОЛЕБАНИЙ Цель работы: изучение газонаполненной лампы- тиратрона и ее использование для получения релаксационных колебаний. Приборы и материалы: