Ministerul Educaţiei al Republicii Moldova Universitatea de Stat din Moldova Facultatea de Fizică şi Inginerie Laboratorul Mecanica

Lucrare de laborator nr. 8

Tema: “Studierea osciloscopului electronic”

Lucrarea a fost îndeplinită Lucrarea a fost corectată şi de studenta anului I (BAC) aprobată de conferenţiargrupa 1.1 F Cazac Veronica Potlog T.

Chişinău 2013

Scopul lucrării: studierea construcției și principiului de funcționare a osciloscopuluiș determinarea sensibilitații sistemului de deflexie a osciloscopuluiș masurarea tensiunilor și fregvenței cu ajutorul osciloscopului.

Utilaj: osciloscop, autotransformator, voltmetru, generator de audiofrecvența, fire de conexiune.

NOTE TEORETICEOsciloscopul este un aparat care permite vizualizarea pe ecranul unui tub catodic a curbelor ce reprezinta variația în timp a diferitor marimi sau a curbelor ce reprezinta dependența dintre doua marimi.Imaginile obținute pe ecran se numesc oscilograme.Elemente, componente, schema-blocOsciloscoapelemoderne sunt alcatuite din mai multe elemente, conectate între ele dupa o schema-bloc reprezentată în fig. 1, care conține: tubul catodic, amplificatoare Ax și A y, atenuatoarele Atx și Aty, generatorul bazei de timp, circuitul de sincronizare(de declanșare), circuitul pentru controlul intensitații spotului, circuitul de întîrziere și blocul de alimentare. În figura 1.1 este ilustrat panoul frontal al osciloscopului.

Notă! În afara blocurilor componente reprezentate in fig.1, care sunt comune tuturor osciloscoapelor moderne, la unele osciloscoape se mai întîlnesc și alte circuite, cu destinații specifice în funcție de timpul și complexitatea aparatului

Tubul catodic este elementul principal al osciloscopului. În interiorul lui se generaza fasciculul de electroni care deviind sub acțiunea cîmpurilor produse de semnalele studiate, ciocnesc ecranul descriind pe acesta curbele proceselor.

Amplificatoarele amplifica semnalele de studiat prea mici, înainte de a fi aplicate plăcilor de deflexie.

Atenuatoarele micșoreazp semnalele prea mari înainte de a fi aplicate amplificatoarelor. Generatorul bazei de timp. În cazul vizualizarii curbelor ce reprezintă variația în timp a unor mărimi [A=f(t)], la plăcile de deflexie X trebuie sa se aplice o tensiune proporțională cu timpul:

U x=K x t , (1)Generatorul de sincronizare. Pentru ca imaginea de pe ecran sa fie stabilă, conform relației, este

necesar ca frecvența semnalului de vizualizat sa fie un multiplu întreg al frecvenței bazei de timp:f A=nf B T , (2)

Tubul cu raze catodice servește pentru a servi un fascicul de electroni(raze catodice) de o anumita viteza și consta din catodul 2, electrodul 3, anodul 5 de focalizare și anodul 4 de acceleare a electronilor.

Fie că diferența de potențial dintre catod și anodul de accelerare este U. Lucrul, efectuat de forțele cîmpului electric la deplasarea electronului e de la catod la anod, este egak cu:

A=e (V A−V K )=eU

(3)

unde VA –este potențialul anodului, iar VK- potențialul catodului.Ca rezultat electronul capată energia:

:

mv2

2=eU

, unde v=√ 2 eU

m (4)Deci rezultă că tubul de raze practic este un aparat fară inerție, fiindcă eU~10−16J, iar masa

electronului m=9,1 10−31kg, viteza lui este foarte mare, v~107m/s. De aceea electronii ating ecranul momentan.

Fie că sub acțiunea tensiunii U x, aplică plăcilor verticale urma fasciculului de electroni pe ecran se deplasează cu mărimea X în direcție orizontală, iar sub acțiunea tensiuniiU y, aplicată placilor orizontale- cu marimea Y în direcție verticală.

Atunci marimile j x și j y:

j x=X

U x, (5)

j x=Y

UY (6)

Se numesc sensibilitate față de tensiune a placilor tubului corespunzator în direcțiile axelor X și Y(unde X- deplasarea razei de electroni pe axa OX; Y- deplasarea razei de electroni pe axa OY) . Sensibilitatea fașă de tensiune arată mărimea abaterii fasciculului de electroni pe ecran la diferența de potențial egală cu 1V. Figurile Lissajous:

Figurile lui Lissajous se pot obține pe ecranul osciloscopului catodic daca se aplică ambelor perechi de placi de deflexie tensiuni sinusoidale. Aceste figuri a căror forma depinde de raportul fregvențelor celor doua oscilații și de defazajul dintre ele, se obțin la compararea numerelor raționale obținute un urma raportului fregvențelor a doua oscilații sinusoidale.

Graficul traiectoriei pentru fig.(a) este o curba mutipla complicată:yb=2( x

a)

2

Iar pentru fig.(b):yb=±

xa(1−( x

a)

2

)1 /2

Graficul traiectoriei pentru fig.(c):yb=4 ( x

a)

3

−3xa

Graficul traiectoriei pentru fig(d):y

b=±(1−x2

a2 )1/2(1−4

x2

a2 ).

ORDINEA EFECTUĂRII LUCRĂRII:Exerciţiul 1. Determinarea sensibilitații placilor de deflexie ale tubului

osciloscopului.Nr. x(mm) Uef.(V) j x

1. 13 3 0,0043

2. 26 6 0,0043

3. 52 12 0,0043

Exemplu de calcul:

j x=x

U ef

=0,0133

=0,00433(m /V )

j y=y

U ef

=0,0186

=0,00 3(m /V )

1. Calculam media a x și jx :

jx=1N∑i=1

N

jx=0,0043(m/V)

x= 1N∑i=1

N

x=0,0303(m)

2. Determinam eroarea medie absoluta a masurarii directe dupa formula:

∆ x❑=1N∑i=1

n

|x−x❑|=0 , 0057(m)

Deci , x=(0,013 ± 0 , 0057)(m)

∆ jx=1N∑i=1

n

| j− jx|=0(m /V )

Deci , j x=(0,0043 ±0)(m /V )

3. Pentru a calcula eroarea relativă ne folosim de formula:

ε=∆ xx❑

100%

ε=0,00570,013

∙ 100 %=43 , 84 %

Nr. y(mm) Uef.(V)

j y

1. 18 6 0,003

2. 27 9 0,003

3. 35 12 0,0029

ε= 1.8919.6436

∙ 100%=9.63 %

I exp3=48.49 ∙ 10−3 kg ∙m2

∆ I exp3=4.2695 ∙10−3kg ∙m2

ε=4.269552.76

∙ 100 %=8.09 %

I teor 1=4.4107 ∙ 10−3+4 ∙193 ∙10−3 ∙64 ∙10−4+193 ∙10−3 ∙ 394 ∙ 10−6+ 193 ∙10−3 ∙ 4 ∙10−4

3=9.4528 ∙ 10−3 kg ∙m2

Exerciţiul 2.Măsurarea tensiunilor.Nr. x(mm) Uef×30V1. 10 0,82. 20 1,63. 25 2,2

Determinăm tensiunea aplicată după formula:

U ef =Lj x

Exerciţiul 3.Determinarea gamei de fragvență a generatorului de baleaj al osciloscopului.Nr. Poziția Frecvența

Stînga(Hz)FrecvențaDreapta

1. 30 40×1 23,5×102. 130-500 165×1 98×103. 2k 64×10 37×1004. 7k 22×10 118×100

Exercițiul 4. Determinarea frecvenței după metoda figurilor Lissajous.Fregvența semnalului, Hz

Aspectul figurilor Lissajous

nx ny Raportul fregvențelor determinate de fig. L.

25 3 1 1/2

50 2 2 1

100 1 3 2

150 4 3 3

νx=ν y

ny

nx

=50 Hz

Răspuns:

ÎNTREBĂRI DE CONTROL:1. Ce se numeşte solid rigid?

Solidul rigid- un sistem de puncte materiale pentru care distanţa dintre orice pereche de puncte rămîne intotdeauna aceeaşi în cursul mişcării.

2. Ce se numeşte moment de inerţie? În ce unităţi se exprimă el?Momentul de inerție este o mărime fizică care exprimă măsura prin care un corp se opune modificării stării sale de repaus relativ sau de mișcare de rotație uniformă la acțiunea unui moment al forței. kg ∙ m2

3. Ce se numeşte moment al forţei? În ce unităţi se eprimă el?Momentul forței este o mărime fizică vectorială ce exprimă cantitativ efectul de rotație al unei forțe asupra unui corp. N*m

4. Formulaţi legea fundamentală a dinamicii mişcării de rotaţie a solidului rigid. M = Iε

5. Care este relaţia de legătură dintre acceleraţia liniară şi acceleraţia unghiulară?a⃗=[ ε⃗ , r⃗ ]−r⃗ ω2

6. Cum poate fi verificată pe cale experimentală legea fundamentală a dinamicii mişcării de rotaţie a solidului rigid?Verificăm egalităţile:ε1 : ε2 = I2 : I1 pentru M = const ε1 : ε2 = M1 : M2 pentru I = const

Concluzie: Am determinat experimental şi teoretic momentului de inerţie al pendululu

Oberbeck. Deoarece aceste două mărimi sunt aproximativ egale concluzionăm că metoda de calcul alesă este una corectă, deci teorema Hugens-Steiner este justă.

Cercetînd valorile acceleratiei unghiulare şi ale momentului forţei observăm o dependenţa lineara a M de ε, ceea ce demonstrează şi graficile.

Folosind regresia uşor se calculează funcţia y(x) ce determina graficele respective, zerourile acestora sunt numeric egale cu momentele forţei de frecare.Egalităţile: ε1 : ε2 = I2 : I1 pentru M = const ε1 : ε2 = M1 : M2 pentru I = const se adeveresc a fi adevărate, folosind datele experimentale, deci şi legea fundamentală a dinamicii mişcării de rotaţie este adevărată.

Erorile, în mare măsură, sunt determinate de fortele de frecare care apar între axele de rotaţie a pendulului cruciform şi a scripetelui şi rulmenţii acestora.

Bibliografie:1. T.Potlog, I.Andronic, C.Antoniuc. Lucrari practice la fizică.