 |
|
Определение емкости конденсатора с помощью измерения постоянной времени в процессе заряда конденсатора.
1. Соберите схему согласно рис. 3. Подключите по указанию преподавателя один из конденсаторов С1, С2 или С3 (номер выбранной емкости занесите в табл. 1). При подключении осциллографа соблюдайте полярность.
2. После проверки преподавателем собранной схемы, включите функциональный генератор АНР-1002, нажав на кнопку 1 «POWER»
3. Установите на генераторе с помощью клавиш установки частотного диапазона 3 (клавиши 
и 
) и регулятора частоты 11 (регулятор «FREQUENCY») частоту выходного сигнала ~1 кГц.
4. Чтобы на выходе генератора получить прямоугольный импульс нажмите на кнопку 14 с изображением прямоугольного сигнала 
.
5. Запустив программу «PicoScope» включите цифровой осциллограф.
6. Для каналаА установите напанели настройки канала автоматический диапазон входного сигнала осциллографа 
.
7. На панели синхронизации также выберите режим «Авто» 
.
8. Нажав клавишу автоматической установки 
, на панели захвата изображения,получите оптимальное изображение сигналов на осциллографе.
9. Плавно изменяя переменное сопротивление R, пронаблюдайте, как его изменение влияет на процессы разрядки и зарядки конденсатора. Сделайте вывод.
10. Для канала B установите напанели настройки канала автоматический диапазон входного сигнала осциллографа 
.
11. Для исследования процесса зарядки конденсатора на панели синхронизации выберите в качестве канала синхронизации – канал B 
и синхронизацию по нарастающему 
фронту. В окошке «предзапуск» установите значение 10% 
. В окошке «уровень запуска развертки» установите значение 0 В. При данных настройках панель синхронизации будет выглядеть следующим образом: 
, а синхронизация будет проводиться по нарастающему фронту сигнала B.
12. Отключите наблюдение канала B на осциллографе (вкладка «Просмотр» → «Каналы» → снять галочку отображения канала В).
13. Установите значение сопротивления R = 500 Ом.
14. На панели захвата изображенияизмените коэффициент развертки, выбрав в меню выбора коэффициента развертки 
такое значение, при котором на экране осциллографа будет отображаться полностью процесс зарядки конденсатора (см. рис. 2).
15. Остановите обработку данных осциллографом нажав на панели Запуска/Остановки клавишу «Стоп» 
.
16. Определите минимальное Umin и максимальное Umax значения напряжения на конденсаторе, для этого левой кнопкой мыши нажать в нужных точках. Полученные значения занесите в табл. 1 с учетом знака.
Примечание: приставка m перед единицами измерений означает микро-, приставка m – мили-, приставка n – нано-.
17. Вычислите амплитудное напряжение на конденсаторе: 
. При расчетах все значения подставлять с учетом знаков.
18. Определите по экрану осциллографа постоянную времени t равную промежутку времени от начала заряда (разряда) конденсатора до момента, когда напряжение на конденсаторе достигнет величины Uс =0.63 e0 (см. рис. 2). Для этого, нажимая левой кнопкой мыши на кривой зарядки конденсатора, определите точку, в которой 
. Запишите соответствующее время t в табл. 1.
19. Включите обработку данных осциллографом, нажав на панели Запуска/Остановки клавишу «Запуск» 
.
20. Увеличьте сопротивление R на 100 Ом. Остановите обработку данных осциллографом, нажав на панели Запуска/Остановки клавишу «Стоп» и повторите пункт 18.
21. Повторите действия, описанные в пунктах 19-20 еще 5 раз.
22. Построите на миллиметровой бумаге график зависимости 
. Убедитесь, что зависимость носит линейный характер (сделать вывод).
23. Для каждого набора значений t, R вычислить емкость конденсатора по формуле (7), пренебрегая внутренним сопротивлением источника.
24. Вычислите погрешность DС как погрешность при косвенных невоспроизводимых измерениях.
25. Результаты занести в табл. 1.
26. Сравните полученное значение емкости конденсатора со значением, написанным на стенде.
Таблица 1
| Номер исследуемой емкости____ | ||||||
| Umin=____ Umax=____ e0=______ U=______ | R, Ом | t, мкс | С, мкФ | <С>, мкФ | DС, мкФ | eс, % |
Контрольные вопросы
1. Дать определение емкости уединенного проводника и конденсатора.
2. Формулы емкости конденсатора: плоского, сферического и цилиндрического.
3. Емкость при последовательном и параллельном соединении конденсаторов.
4. Закон изменения напряжения на конденсаторе при его заряде или разряде.
5. Постоянная времени RC – цепи, ее физический смысл и метод определения в данной работе.