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 U_min и максимальное U_max 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 U_с =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

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.