Работа №6. Исследование источников негармонических колебаний.

Рис.6.1. Типичная вольт-амперная характеристика газоразрядного промежутка.

Цель работы: проиллюстрировать разницу между генераторами гармонических колебаний и генераторами импульсов, основанными на использовании либо гистерезисных явлений, либо усилителей с глубокими положительными обратными связями.

В качестве примера рассматривается релаксационный генератор на неоновой лампе. Нелинейная вольт-амперная характеристика неоновой лампы, относящейся к классу газоразрядных приборов, имеет вид, приведённый на рис.6.1.

Гистерезис характеристики объясняется особенностями разряда в разрежённых газах, где для его возникновения требуется большее напряжение, чем для его дальнейшего поддержания.

Рис.6.2. Генератор прямоугольных импульсов.

Простейшая схема генератора представлена на рис 6.2. ЭДС источника выбирается значительно более высоким, чем напряжение зажигания лампы Л (начала разряда конденсатора). В работе 1 наблюдаются процессы заряда и разряда конденсатора.

В приведённой схеме при лампа ток не проводит и поэтому происходит заряд конденсатора по закону:

,

Рис.6.3

В момент времени, когда , через лампу начинается ток разряда, который складывается из тока, поступающего от источника E и тока разряда конденсатора. Напряжение между электродами лампы быстро понижается до напряжения потухания, после чего процесс повторяется с нуля и становится периодическим (Рис.6.3).

Установление режима релаксационных колебаний.

Вариант генератора с использованием усилителей с положительными обратными связями приведён на рис.6.4.

Рис. 6.4. Генератор прямоугольных импульсов

Два операционных усилителя и соединены цепями положительной обратной связи и . В начальный момент флуктуация тока на входе одного из усилителей приведёт к возрастанию напряжения на его выходе, что за счёт положительной обратной связи лавинообразно увеличит напряжение на входе. В результате усилитель окажется в состоянии, когда выходное напряжение равно напряжению источника и далее расти не может. В таком состоянии усилитель пребывает, пока конденсатор не разрядится настолько, что выходное его напряжение начнёт снижаться. За счёт положительной обратной связи усилитель перейдёт в состояние с нулевым выходом, и удерживаться оно будет, пока напряжение на разряжающемся конденсаторе не повысит напряжение на входе усилителя. После этого цикл негармонических колебаний повторяется.

В данной работе исследуется релаксационный генератор на неоновой лампе (модуль ).

Задание на проведение работы.

Упражнение 1. Подключить модуль к источнику питания . В режиме «ВАХ», меняя напряжение на лампе от до , и от до , снять зависимость тока лампы от напряжения и построить график.

Упражнение 2.

1. В режиме «Генератор» модуля получить изображение колебаний на экране осциллографа и установить пределы измерения напряжения, при которых колебания устойчивы.

2. Снять зависимость амплитуды импульсов и частоты их следования от напряжения питания. Построить график.

3. Меняя ёмкость заряда-разряда с помощью магазина ёмкостей , снять зависимость частоты импульсов от ёмкости.

4. Меняя сопротивление магазина , снять зависимость частоты импульсов от сопротивления.