===== Описание лабораторной установки ===== Для изучения самостоятельного газового разряда в работе используется электронный блок (ЭБ), главным рабочим элементом которого является неоновая лампа ТН-0.3-3 (характеристики в приложении). Схема блока приведена на рис. 3. {{ :lab3:3.2.jpg?800 |Рис. 3. Схема электронного блока}} Переменное напряжение ($\sim U$) с генератора [[tex:г3-109|Г3-109]] подается на входной разъем $Р_1$. **!!! Генератор должен быть включен в режиме плавающей общей точки. То есть ни одна из двух выходных клемм не должна быть соединена с землей. Нарушение этого условия не приведет к фатальным для ЭБ последствиям. Однако при этом он будет работать не правильно.** Напряжение ($\sim U$) подается на входные контакты сдвоенного переключателя $П_{1}$, и одновременно на выпрямительную схему, включающую в себя выпрямительный мост на диодах $Д_{1}-Д_{4}$, конденсатор $С_{1}$ и резистор $R_{1}$. (Преподаватель может спросить зачем нужны $R_{1}$ и $С_{1}$.) Напряжение с выпрямителя подается на вторую пару входных контактов $П_{1}$. Таким образом, положением переключателя $П_{1}$ можно выбирать переменное или постоянное рабочее напряжение на его выходных контактах. В некоторых упражнениях предлагается пронаблюдать зависимость режима работы схемы от полярности рабочего напряжения. Для этого в схему включен переключатель $П_{2}$. С выходных контактов этого переключателя и поступает рабочее напряжение $U_Р$, необходимое для работы основной части электронной схемы блока. Нижний (по схеме) выходной контакт этого переключателя соединен с общей (земляной) шиной. **Можно заметить, что входные контакты разъема $Р_{1}$ не симметричны относительно "земли". Именно по этому, генератор Г3-109 должен работать в режиме плавающей общей точки.** Основным элементом схемы является неоновая лампа ЛН марки [[ТН-0.3-3]], в которой и реализуется несамостоятельный разряд. Анод лампы выполнен в виде полого цилиндра. Катод --- в виде тонкого стержня, расположенного на оси анода. Таким образом, электроды лампы заведомо не симметричны. Стандартное включение лампы: анод --- "плюс"; катод --- "минус". Однако лампа может работать и при обратной полярности и с переменным напряжением. При этом в зависимости от полярности параметры разряда будут разными. Студент должен объяснить эти эффекты. Именно для их наблюдения и введена возможность смены полярности рабочего напряжения переключателем $П_{2}$. Рабочее напряжение подается на ЛН через цепочку анодных сопротивлений $R_{1}=100$ кОм и $R_{2}=1$ МОм. Переключателем $П_{3}$ можно выбрать анодное сопротивление $100$ кОм или $1100$ кОм. В цепь лампы включено также катодное сопротивление $R_{4}=10$ кОм. Оно необходимо для определения тока лампы $I_{л}=\frac{U_{R_4}}{R_4}=\frac{U_К}{R_4}$. Анодное $U_А$, катодное $U_К$ и рабочее $U_Р$ напряжения подаются на выходные разъемы $Р_2$, $Р_{3}$ и $Р_{4}$, соответственно и регистрируются осциллографом. В выходные цепи $U_А$ и $U_Р$ последовательно включены сопротивления $R_{5}=R_{6}=9$ МОм. Это сделано для того, чтобы исключить необходимость использования внешних делителей напряжения. $U_А$ и $U_Р$ могут принимать значения выше $100$ В. Использующиеся в лаборатории осциллографы имеют существенно меньший рабочий диапазон. У большинства (практически у всех) из них входное сопротивление $R_{вх}=1$ МОм. Таким образом, $R_{5}$ и $R_{6}$ с входными сопротивлениями осциллографа $R_{вх}$ являются делителями напряжения на $10$. Для выполнения упражнений по изучению релаксационного генератора параллельно цепи ЛН+$R_{4}$ может подключаться RC--цепочка ($R_{7} - R_{9}$, $C_{2} - C_{4}$). Выбор ее параметров по емкости осуществляется переключателями $П_{4} - П_{6}$, по сопротивлению переключателями $П_{7} - П_{9}$. Емкость цепочки может меняться в диапазоне $С=0 - 1.75$ мкФ, с шагом $0.25$ мкф. Сопротивление цепочки может меняться в диапазоне $R=0 - 70$ кОм, с шагом $10$ кОм. Выбор емкости $C=0$ (переключатели $П_{4} - П_{6}$ все отключены) равносилен отключению RC--цепочки. На рис. 4 дано расположение разъемов и переключателе на корпусе ЭБ. {{ :lab3:4.jpg?600 |Рис. 4. Расположение разъёмов и элементов управления на электронном блоке}} На рисунках 5 {{ :lab3:5.png?600 |Рис.5 . Принципиальная схема для измерения ВАХ неоновой лампы}} и 6 приведены схемы, объясняющие принципы измерения ВАХ неоновой лампы и работу релаксационного генератора. {{ :lab3:6.png?600 |Рис. 6. Принципиальная схема релаксационного генератора на неоновой лампе}} /* Установка для лабораторной работы {{ :lab3:выделение_026.jpg?direct&400 |}} включает: - Источник переменного (синусоидального) напряжения с частотой от $50$ Гц до $100$ кГц, с амплитудой выходного напряжения не выше $300$ В. На данной установке используется генератор [[tex:г3-109|Г3-109]]. - Электронный блок ЭБЛР--3.2. - Осциллограф [[tex:TDS2024|Tektronix TDS2024]] (желательно 4--х лучевой). ==== Описание ЭБЛР-3.2. ==== Электронный блок ЭБЛР--3.2, далее просто ЭБ или блок, является основным узлом установки и позволяет выполнять все упражнения, предлагаемые в рамках лабораторной работы. Схема ЭБ представлена на рис.: {{ :lab3:3.2.jpg?direct |}} Переменное напряжение ($\sim U$) с генератора [[tex:г3-109|Г3-109]] подается на входной разъем $Р_1$. **!!! Генератор должен быть включен в режиме плавающей общей точки. То есть ни одна из двух выходных клемм не должна быть соединена с землей. Нарушение этого условия не приведет к фатальным для ЭБ последствиям. Однако при этом он будет работать не правильно.** Напряжение ($\sim U$) подается на входные контакты сдвоенного переключателя $П_{1}$, и одновременно на выпрямительную схему, включающую в себя выпрямительный мост на диодах $Д_{1}-Д_{4}$, конденсатор $С_{1}$ и резистор $R_{1}$. (Преподаватель может спросить зачем нужны $R_{1}$ и $С_{1}$.) Напряжение с выпрямителя подается на вторую пару входных контактов $П_{1}$. Таким образом, положением переключателя $П_{1}$ можно выбирать переменное или постоянное рабочее напряжение на его выходных контактах. В некоторых упражнениях предлагается пронаблюдать зависимость режима работы схемы от полярности рабочего напряжения. Для этого в схему включен переключатель $П_{2}$. С выходных контактов этого переключателя и поступает рабочее напряжение $U_Р$, необходимое для работы основной части электронной схемы блока. Нижний (по схеме) выходной контакт этого переключателя соединен с общей (земляной) шиной. **Можно заметить, что входные контакты разъема $Р_{1}$ не симметричны относительно "земли". Именно по этому, генератор Г3-109 должен работать в режиме плавающей общей точки.** Основным элементом схемы является неоновая лампа ЛН марки [[ТН-0.3-3]], в которой и реализуется несамостоятельный разряд. Анод лампы выполнен в виде полого цилиндра. Катод --- в виде тонкого стержня, расположенного на оси анода. Таким образом, электроды лампы заведомо не симметричны. Стандартное включение лампы: анод --- "плюс"; катод --- "минус". Однако лампа может работать и при обратной полярности и с переменным напряжением. При этом в зависимости от полярности параметры разряда будут разными. Студент должен объяснить эти эффекты. Именно для их наблюдения и введена возможность смены полярности рабочего напряжения переключателем $П_{2}$. Рабочее напряжение подается на ЛН через цепочку анодных сопротивлений $R_{1}=100$ кОм и $R_{2}=1$ МОм. Переключателем $П_{3}$ можно выбрать анодное сопротивление $100$ кОм или $1100$ кОм. В цепь лампы включено также катодное сопротивление $R_{4}=10$ кОм. Оно необходимо для определения тока лампы $I_{л}=\frac{U_{R_4}}{R_4}=\frac{U_К}{R_4}$. Анодное $U_А$, катодное $U_К$ и рабочее $U_Р$ напряжения подаются на выходные разъемы $Р_2$, $Р_{3}$ и $Р_{4}$, соответственно и регистрируются осциллографом. В выходные цепи $U_А$ и $U_Р$ последовательно включены сопротивления $R_{5}=R_{6}=9$ МОм. Это сделано для того, чтобы исключить необходимость использования внешних делителей напряжения. $U_А$ и $U_Р$ могут принимать значения выше $100$ В. Использующиеся в лаборатории осциллографы имеют существенно меньший рабочий диапазон. У большинства (практически у всех) из них входное сопротивление $R_{вх}=1$ МОм. Таким образом, $R_{5}$ и $R_{6}$ с входными сопротивлениями осциллографа $R_{вх}$ являются делителями напряжения на $10$. Для выполнения упражнений по изучению релаксационного генератора параллельно цепи ЛН+$R_{4}$ может подключаться RC--цепочка ($R_{7} - R_{9}$, $C_{2} - C_{4}$). Выбор ее параметров по емкости осуществляется переключателями $П_{4} - П_{6}$, по сопротивлению переключателями $П_{7} - П_{9}$. Емкость цепочки может меняться в диапазоне $С=0 - 1.75$ мкФ, с шагом $0.25$ мкф. Сопротивление цепочки может меняться в диапазоне $R=0 - 70$ кОм, с шагом $10$ кОм. Выбор емкости $C=0$ (переключатели $П_{4} - П_{6}$ все отключены) равносилен отключению RC--цепочки. На рис. 3 дано расположение разъемов и переключателе на корпусе ЭБ. {{ :lab3:выделение_027.jpg?direct&500 |}} Верхнее положение рычагов переключателей на ЭБ соответствует верхним позициям контактов переключателей на схеме. Расположение контактов на схеме, соответствует режиму снятий ВАХ согласно первым трем пунктам **Упражнения 1** (см. далее, [[:lab3:контрольные_вопросы32|"Основные задания"]]). - Соберите схему, приведенную на рисунке. {{ :lab3:324.png?600 |Схема для измерения ВАХ неоновой лампы}} Если ток разряда через лампу слишком велик, она быстро изнашивается из-за эрозии электродов. Для предотвращения быстрого выхода лампы из строя используйте $R> 5$ кОм. - Используя генератор синусоидального или пилообразного напряжения и осциллограф со входами **X** и **Y**, получите на экране вольтамперную характеристику (ВАХ) неоновой лампы. Определите потенциал зажигания и гашения разряда для положительной и отрицательной ветвей ВАХ. - Изменяя частоту следования импульсов пронаблюдайте изменение формы ВАХ. Объясните причины этих изменений, принимая во внимание характерные времена, обусловленные наличием сопротивлений и паразитных емкостей в измерительной схеме. Подтвердите экспериментально правильность Вашего объяснения. Зарисуйте ВАХ при частотах 50 Гц, 500 Гц, 5 кГц и 50 кГц. - Установите постоянное напряжение на несколько вольт ниже измеренного потенциала зажигания неоновой лампы. Попытайтесь вызвать в ней самостоятельный разряд, поднося к ней наэлектризованное тело (например, пластмассовую расческу) или включая яркий источник света. - Измерьте минимальное значение тока через неоновую лампу, при котором самостоятельный разряд еще существует. - Используя приведенную на рисунке {{ :lab3:325.png?600 |Принципиальная схема релаксационного генератора на неоновой лампе}} принципиальную схему релаксационного генератора на неоновой лампе, рассчитайте значения $U_a$, $R_и$, $R$ и $С$ и соберите генератор. При разных значениях $U_a$, $R_и$, $R$ и $С$ измерьте основные характеристики генератора: частоту генерации, амплитуду и длительность переднего фронта импульса, выходное сопротивление генератора. Стремясь получить наибольшую частоту генерации импульсов при выбранном значении $C$, учитывайте, что разряд должен иметь возможность потухнуть: $\frac{U_a}{R_г}