Снятие вольт - амперной характеристики неоновой лампы




ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3-9

ИЗУЧЕНИЕ РЕЛАКСАЦИОННОГО ГЕНЕРАТОРА

 

Цель работы: изучение работы релаксационного генератора на неоновой лампе.

 

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

 

Релаксационным колебанием называется периодически повторяющийся процесс, состоящий из двух стадий: 1) медленного накопления энергии системы до определенного критического значения. 2) последующей разрядки, проходящей почти мгновенно.

Рассмотрим действие релаксационного генератора, основной частью которого является неоновая лампа. Неоновая лампа состоит из стеклянного баллона, в который впаяно два электрода - анод и катод в виде коаксиальных (соосных) цилиндров, расположенных на расстоянии 1-3 мм. Баллон заполнен неоном при низком давлении (10-15 мм рт.ст.). Если напряжение на электродах лампы U меньше напряжения зажигания (потенциал зажигания) U3 , т.е. U < U3, то ток через лампу практически не идет, так как неон является диэлектриком. В этом случае сопротивление лампы (RЛ) бесконечно велико. При разности потенциалов Uз происходит пробой диэлектрика - через лампу пойдет ток зажигания Jз, лампа вспыхнет.

Идеализированная вольт-амперная характеристика неоновой лампы имеет вид, представленный на рис. 1. Здесь стрелки показывают изменение тока при увеличении и уменьшении напряжения, Uг -напряжение, при котором лампа гаснет. Связь между током лампы и напряжением, как это видно из графика, может быть линейной и записана в виде:

 
 

 


, (1)

где Rл - внутреннее сопротивление лампы. Рассмотрим действие релаксационного генератора, изображенного на рис.2. При замыкании ключа конденсатор медленно заряжается от источника тока Uи , напряжение на электродах лампы возрастает. В момент, когда напряжение на конденсаторе достигает значения Uз, лампа зажигается, через нее идет ток. При этом проходит быстрый разряд конденсатора. Когда разность потенциалов на электродах лампы упадет до значения Uг, лампа гаснет. Разряд конденсатора прекратится, и он снова начнет заряжаться. Таким образом, лампа будет периодически вспыхивать через определенные промежутки времени Т. График процесса показан на рис. 3. Релаксационный генератор описанного типа будет источником напряжения.

 
 


U

U

UЗ

 

UГ

 

t t + T t

Рис. 3

 

Найдем зависимость параметров генератора R, C, Uз, Uг от времени t. Согласно закону Ома и первому закону Кирхгофа

I R + UГ = UИ, (2)

I1 + I2 = I, (3)

где IR - падение напряжения на сопротивлении R, U - разность потенциалов между обкладками конденсатора. Uи - напряжение на клеммах источника тока. Исключая из полученной системы трех уравнений (1-3) I и I2, получим

. (4)

Так как

. (5)

Следовательно, уравнение (4) примет вид дифференциального уравнения

. (6)

Решением его является выражение

, (7)

в чем можно убедиться непосредственно подстановкой (7) в (6) (А - постоянная интегрирования). Запишем (7) для момента времени, предшествующего зажиганию лампы. Пусть промежуток времени от момента включения источника тока до зажигания лампы мал. Если лампа не горит, то ее сопротивление Rл = ∞. В этом случае уравнение (7) принимает вид

 

(8)

и справедливо в интервале времени (0 £ t £ t). Из начальных условий t=0, U=0 получаем R × А = Uи, следовательно, напряжениена обкладках конденсатора в момент t изменяется по закону

. (9)

График этой зависимости показан на рис. 3, участок 1.

Как только напряжение достигает значения напряжения зажигания, лампа вспыхивает и начинается быстрый разряд конденсатора, который продолжается до тех пор, пока лампа не погаснет, то есть напряжение не достигнет величины UГ. Затем следует новый рост напряжения до UЗ и новый разряд до UГ, и так далее. Так как время разряда много меньше времени заряда, то время изменения напряжения от UГ до UЗ можно считать периодом колебаний Т релаксационного генератора. Найдем формулу для этого периода колебаний.

Пусть в момент времени t U = UГ, тогда в момент (t + T) напряжение станет равным UЗ. Подставив эти значения в уравнение (9), получим

; . (10)

Раскроем скобки и после преобразований имеем

; .

Поделив почленно эти уравнения и прологарифмировав правую и левую части, получим

.

Откуда следует

. (11)

Есливместо известного сопротивления Rвключить неизвестное Rx, то период колебаний изменитсяи станет равным

. (12)

Поделив почленно уравнение (12) на (11), получим

. (13)

Аналогично, если в цепь вместо известной ёмкости С включить неизвестную, то получим аналогичное соотношение для периодов и емкостей

. (14)

 

Снятие вольт - амперной характеристики неоновой лампы

Убедитесь, что магазины ёмкостей, сопротивленияи кассетаФПЭ 12/13 соединены проводниками по схеме рис.3 (где Rи С - магазины сопротивлений и емкостей)

 

Рис. 3 Рис. 4.

Дляснятия вольт-амперной характеристики (зависимость тока лампыот напряжения источника питанияUи) кнопку “режим” на кассете ФПЭ-12 отжать. Выставьте значение R магазина сопротивлений в пределах 1-100 Ом << Rл. В этом случае лампа включается по схеме рис.4. Изменяя напряжение источника тока от 0 до 130 В через 5В, снимите показания миллиамперметра, занесите в таблицу и постройте график зависимости I=f(U) по табл. 1.

Таблица 1

Uи, В             далее через 5 В
Iл пр, mА              
Iл обр, mА              

 

Найдите напряжение зажигания UЗ и гашения UГ неоновой лампы. Вычислите внутреннее сопротивление работающей лампы Rл по формуле (1).

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-11-19 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: