Електронні осцилографи та звукові генератори

Робота №6. Електронні осцилографи та звукові генератори

Мета роботи. Познайомитися з будовою й дією демонстраційних осцилографів та генераторів використовувати їх для постановки демонстраційних дослідів на уроках фізики.

Осцилоскопічний метод у навчальному фізичному експерименті

Оцилографи як електронні засоби, що дозволяють не лише вимірювати характеристики швидкозмінних процесів, а й спостерігати характер їх змін, та звукові генератори, за домомогою яких можна одержувати періодичні змінні напруги в досить широкому діапазоні частот, використовуються в навчальному експерименті при вивченні різних тем курсу фізики середньої школи. Демонстраційні осцилографи ОДШ, ОДШ-2, які випускалися 10-20 років назад і ще використовуються в шкільних кабінетах є ламповими приладами. Постачання таких приладів продовжують лише окремі фірми.

Загальний опис приладів

Сучасні демонстраційні осцилографи та звукові генератори побудовані на новій елементній базі можуть живитися від низьковольтних (до 12 В) джерел живлення або від мережі 220 В через адаптери. Нові розробки демонстраційних осцилографів мають значно більші екрани (до 34 см по діагоналі), можуть виводити на екрани зображення, що відображають одночасно два й більше періодичних процеси. Частина моделей демонстраційних осцилографів випускається як приставки до телевізорів, або комп’ютерів, що дозволяє не лише спостерігати процеси на великих екранах, але й зберігати й відтворювати одержані осцилограми.

Розвиток комп’ютерних засобів підтримки навчального фізичного експерименту при вивченні коливних процесів відбувається в двох напрямках:

  • створення електронних блоків, у яких аналогові сигнали, що надходять від експериментальних установок, перетворюються на цифрові коди, поступають на входи комп’ютера й після обробки програмними засобами виводяться на екран у графічному та числовому вигляді;
  • використання можливостей звукової карти комп’ютера обробляти низькочастотні (звукові) аналогові періодичні сигнали, що поступають на її входи, й після перетворення та обробки програмними засобами виводити інформацію на екран монітора.

У найпростішому випадку для обробки сигналів, які поступають на вхід звукової карти ПК можуть використовуватися стандартні програми системного забезпечення комп’ютера, наприклад, для звукозапису, або програми, які відтворюють на екрані звичні органи управління осцилографів і звукових генераторів (їх часто називають віртуальними осцилографами).

ЕЛЕКТРОННИЙ ОСЦИЛОГРАФ

Призначення

Осцилограф - електронний прилад, призначений для візуального спостереження та дослідження (форми та частоти) періодичних електронних процесів.

Загальний опис приладів

Основним елементом одного з найбільш поширених в експерименті осцилографів є електронно-променева трубка, принцип дії якої розглядається у шкільному курсі фізики в темі "Струм у різних середовищах". Спрощена блок-схема такого осцилографа показана на мал. 52.

Мал. 52

На цій схемі головні блоки осцилографа показані прямокутниками, а зв’язки між ними стрілками.

Досліджувана напруга подається на атенюатор (подільник напруги). Він призначений для того, щоб високу вхідну напругу за необхідності знизити до рівня, за якого осцилограф працює без спотворень.

З подільника напруги сигнал потрапляє на підсилювач вертикального відхилення променя, який підсилює сигна до значення, зручного для його спостереження на екрані. Рівень підсилення можна плавно регулювати. З виходу підсилювача сигнал подається на вертикально відхиляючі пластини електронно-променевої трубки ЕПТ (мал. 53).

Мал. 53

Рівномірне горизонтальне переміщення електронного променя забезпечується пилкоподібною напругою, прикладеною до горизонтально відхиляючих пластин ГВ. Цю напругу виробляє спеціальний генератор розгортки, частота якого може змінюватись і плавно, і дискретно. Для одержання на екрані ЕПТ стійкого нерухомого зображення необхідно, щоб частота розгортки точно дорівнювала або була кратною частоті сигналу, який досліджується.

Оскільки генератор розгортки виробляє напругу не досить стабільну (вона може "плавати" за частотою), спеціальна електронна схема забезпечує зміну в невеликих межах частоти генератора розгортки до збігу її з частотою сигналу. (Досліджуваний сигнал може також синхронізуватись: з частотою мережі 50 Гц або із зовнішнім синхронізуючим сигналом).

Блок живлення осцилографа служить для створення напруг різного значення для роботи ЕПТ та всіх інших блоків приладу. Щоб забезпечити рівномірне переміщення електронного променя в ЕПТ вздовж осі X, необхідно на горизонтально відхиляючі пластини подавати таку напругу, яка б рівномірно наростала чи спадала з часом. Тоді світлова пляма на екрані осцилографа переміщуватиметься горизонтально відповідно до зміни напруги. Для цього служить генератор розгортки, який виробляє напругу спеціальної форми - пилкоподібну (мал. 54).

Мал. 54

На двох виходах генератора напруга відносно корпусу змінюється в протифазі. Один із виходів приєднують до правої відхиляючої пластини, а другий - до лівої. У початковий момент часу (t = 0) напруга на виходах генератора й відповідно на пластинах дорівнює 0. Тому світлова пляма знаходиться в центрі екрану ЕПТ. Протягом часу t додатна напруга на правій пластині плавно зростає, а на лівій за таким же законом зростає від’ємна напруга. У результаті, світна пляма на екрані відносно повільно й плавно переміщується зліва направо. Потім за короткий проміжок часу t2 - t1 на правій пластині напруга від максимального додатного значення зміниться до максимального від’ємного значення, а на лівій - навпаки - від максимального від’ємного до максимального додатного значення. Унаслідок цього світна пляма на екрані дуже швидко зміститься в лівий край екрану і почне знову плавно рухатися зліва направо і т.д. Оскільки частота коливань генератора досить велика, на екрані буде спостерігатися пряма лінія, лінійний масштаб якої відповідає певному проміжку часу. Таким чином, час розгортається у відрізок прямої ОХ.

Очевидно, якщо при ввімкненому генераторі горизонтальної розгортки подати досліджуваний сигнал на вхід Y, на екрані можна буде спостерігати, як залежать форма, частота, амплітуда сигналу від часу.

При роботі з осцилографом іноді виникає потреба одержати на екрані електронно-променевої трубки зображення двох осцилограм. Для цього використовують двопроменеві осцилографи або електронні комутатори. Двоканальний комутатор (мал. 55)

Мал. 55

має два входи, на які подають досліджувані напруги, і один вихід, який приєднується до входу осцилографа. Комутатор автоматично по черзі подає на вхід осцилографа то одну, то другу напругу, внаслідок чого на екрані утворюється юбраження двох осцилограм. Частота перемикань комутатора більша за частоту розгортки осцилографа. Внаслідок цього електронний промінь, накресливши частину першої кривої, починає креслити частину другої кривої, потім знову повертається до першої і т. д (мал. 56).

Мал. 56

Одночасно з тим чи іншим сигналом на вхід осцилографа з комутатора може поступати невелика постійна напруга, яку можна регулювати. Це дозволяє змістити осцилограми різних сигналів на екрані вгору або вниз відносно одна одної (наприклад верхня осцилограма - коливання сили струму, нижня - напруги). Органами керування комутатора є регулятори напруг, які стоять на входах комутатора. Деякі осцилографи (ОДШ-2) мають вмонтовані комутатори.

З особливостями будови и дії того чи іншого осцилографа перед його використанням необхідно ознайомитися за його технічніш описом (паспортом).

ОСЦИЛОГРАФ ДЕМОНСТРАЦІЙНИЙ ДВОКАНАЛЬНИЙ (приставка до телевізора)

Призначення і принцип дії

Осцилограф призначений для спостереження форми й вимірювання частоти періодичних електричних сигналів при проведенні різних демонстраційних дослідів, використовуючи як монітор будь-який телевізор з низькочастотним відеовходом (мал. 57).

Мал. 57

Загальний опис прилада

Осцилограф є аналого-цифровим перетворювачем, на входи якого через масштабуючі каскади надходять досліджувані сигнали, де перетворюються в потік цифрових кодів.

Значення кодів пропорційні миттєвому значенню рівня сигналу. Потік цифрових кодів завантажується в пам'ять цифрового сигнального процесора, у якому під керуванням програми формується повний телевізійний сигнал, що подається на відеовхід телевізора. Телевізійний сигнал складається з зображення осцилограми, масштабної сітки й меню режимів управління осцилографом. Ціна поділки масштабної сітки по вертикалі залежить від коефіцієнтів передачі масштабуючих каскадів. Ціна поділки по горизонталі визначається частотою запуску аналого-цифрового перетворювача. Керування зміщенням променів по вертикалі здійснюється потенціометрами, що змінюють рівень постійної складової на входах аналого-цифрового перетворювача.

На передній стінці корпуса встановлені органи керування осцилографом: кнопка "МЕНЮ", кнопки ">" і "<" для установки режимів роботи (рівнів вхідних сигналів, горизонтального розгортання, вибір каналів і демонстрація фігур Ліссажу), гнізда "Вх.А" і "Вх.Б" для подавання вхідних сигналів у кожен канал, ручки "|А" і "|Б" для керування зсувом по вертикалі осцилограм, перемикач "=~" для вмикання й вимикання постійної складової сигналу. На задній стінці встановлене гніздо для під’єднання джерела живлення та вимикач.

Технічні характеристики

Масштабна сітка на екрані телевізора - 8x8 поділок.

Кількість вхідних каналів - 2.

Діапазон частот вхідних сигналів на кожному каналі - 0...500 кГц. При увімкненні роздільної ємності - 10 Гц...500 кГц.

Діапазон рівнів вхідних сигналів - 20 мв/под ... 1 В/под. (20, 50, 100,200, 500мв і 1 В).

Діапазон горизонтальної розгортки - 10 мкс/под ... 50 мс/под. (10, 20, 50, 100, 200, 500мкс і 1, 2, 5, 10, 20, 50 мс).

Вхідний імпеданс - 1 МОм, 25 пФ.

Режими роботи: одноканальні А і Б, двоканальні АБ і Х/У.

Режим синхронізації - внутрішній, від сигналу.

Регулювання зсуву осцилограм по вертикалі - окремо на кожному каналі.

Цифрове екранне меню - установлення масштабу вхідних рівнів, розгортки та режимів роботи.

Живлення - 12 В від мережі 220 В, 50 Гц через адаптер.

Споживана потужність - не більш 5 ВА.

Комплект постачання

Осцилограф - 1 шт.

Адаптер - 1 шт.

Кабель для підключення до телевізора типу "Тюльпан" - 1 шт.

Кабель для підключення сигналу - 2 шт.

Посібник з експлуатації - 1 шт.

Підготовка до роботи і послідовність роботи з осцилографом

Увімкнути телевізор і встановити режим відтворення з відеомагнітофона у відповідності з інструкцією на телевізор. Увімкнути осцилограф перемикачем на задній стінці апарата, при цьому на екрані повинне з’явитися зображення масштабної сітки й екранне меню, що складається з чотирьох стовпчиків. Крайній лівий стовпчик визначає рівень сигналу по вертикалі для каналу А, що випливає - для каналу Б. Третій стовпчик визначає один з 4-х режимів роботи, а остання - визнаначає масштаб розгортки. При натисканні й утриманні кнопки "Меню" курсор послідовно переміщається по стовпчиках меню ліворуч-праворуч. При натисканні й утриманні кнопок ">" "<" послідовно перебираються значення параметрів стовпчика меню, на яку вказує курсор.

Досліджуваний сигнал з амплітудою не більш 4 В підключити на входи А, Б осцилографа. Установити один з 4-х режимів роботи осцилографа. В одноканальних режимах на екран виводиться сигнал одного обраного каналу. У режимі А, Б - осцилограма двох каналів. У режимі Х/У відхилення крапки по вертикалі пропорційно рівню сигналу каналу А, а по горизонталі - каналу Б. Режим Х/У дозволяє спостерігати фігури Ліссажу.

Потенціометрами зсуву "уст.0" каналу А і Б регулюванням масштабу по вертикалі (1 і 2 стовпчика меню) встановити необхідний розмір осцилограми по вертикалі. Регулюванням ціни поділки по горизонталі (4-й стовпчик меню) установити необхідний масштаб розгортання.

Для надійної синхронізації осцилограми на екрані повинен спостерігатися повний період зображення. В одноканальних режимах синхронізація вмикається, якщо сигнал перетинає центральну лінію масштабної сітки знизу вгору. У режимі А, Б синхронізація здійснюється тільки від каналу А, якщо сигнал перетинає знизу вгору 3-ю зверху лінію масштабної сітки. При швидкості розгортання 10 мксек/под. у режимі А, Б синхронізація не вмикається.

Для спостереження фігур Ліссажу доцільно спочатку відрегулювати кожен сигнал в одноканальному режимі, встановити масштаб розгортання таким чином, щоб на екран виводилося 2 періоди для нижчої частоти. Для відділення постійної складової сигналу перемикач "= ~" встановити в положення "~".

ДЕМОНСТРАЦІЙНИЙ ОСЦИЛОГРАФ ("віртуальний осцилограф")

Призначення

"Демонстраційний осцилограф" - комп’ютерний аналог традиційного електронного осцилографа. Осцилограф призначений для спостереження форми й вимірювання частоти періодичних електричних сигналів при проведенні різних демонстраційних дослідів, використовуючи монітор комп’ютера.

Загальний опис прилада

Прилад складається з двох функціональних модулів: осцилографа та генератора сигналів звукової частоти. Апаратною частиною осцилографа є звукова карта комп’ютера. За допомогою цього приладу можна вивчати електричні сигнали отримані від зовнішніх пристроїв, генерувати електричні коливання звукової частоти, подавати їх до зовнішніх електричних кіл, вивчаючи їхній вплив на параметри електричних сигналів. Розглянемо версію продукту 2.02. Інтерфейс програми зображено на мал. 58.

Мал. 58

  • вхідні сигнали можна подавати на два окремих входи; а окрім розгортки в часі є можливість подавати сигнали на входи "X" та "У";
  • одноразова розгортка. Цей режим відкриває можливість вивчати неперіодичні електричні процеси. Пуск розгортки може здійснюватися вручну, або за приходом на вхід першого імпульсу достатньої амплітуди;
  • сітка екрану має квадратні клітинки, що поліпшує роботу з симетричними сигналами на входах "X" та "У"; и генератор сигналів звукової частоти має два самостійних канали, з незалежними органами керування. Є регулятори фази сигналу.

Налагодження та робота з програмою "Осцилограф"

Перед початком роботи з програмою треба обрати необхідні режими роботи звукової карти. Якщо в правому нижньому куті комп’ютера є піктограма регулятора гучності навести на неї курсор миші і натиснути праву кнопку. У меню обрати "Відкрити регулятор гучності". Для роботи пристро необхідно активізувати "Спільну гучність", та "Звук" встановити обидва регулятори приблизно в середнє положенн як показано на мал.59. Усі інші пристрої відтворення можна відімкнути.

Мал. 59

У підменю "Параметри", обрати "Властивості", а у вікні "Мікшер" із випадаючого списку вибрати "Input" (Мал. 60).

Мал. 60

Після виконання останніх дій можна побачити регулятори рівня запису пристроїв, сигнали з яких можна буде виводити на екран осцилографа (мал. 61).

Мал. 61

Зазвичай, є можливість обирати "лінійний вхід", "мікрофон", та "стереомікшер". "Лінійний вхід" забезпечує підключення двох різних сигналів від зовнішніх пристроїв на різні входи 1,2 - (L, R) та відображувати дані на осях (X, У) екрану "Осцилографа". Підключення здійснюється через гніздо лінійного входу (Line in) звукової карти комп’ютера. Мікрофонний вхід є більш чутливим, але забезпечує роботу тільки з одним сигналом, який можна з’єднати з будь-яким входом "Осцилографа". Підключення сигналу до комп’ютера здійснюється через гніздо підключення мікрофона (Mic). Останній вхід "Стереомікшер" забезпечує роботу "Осцилографа" у віртуальному режимі. Він дозволяє подати сигнали з пристроїв, які входять до складу комп’ютера на вхід звукового процесора за допомогою внутрішніх зв’язків.

Наприклад на мал. 62 відображено вигляд інтерфейсу програми, коли на обидва входи (1, 2) підключено сигнали, отримані з генераторів цього ж пристрою. З органів налагодження генераторів видно, що частоти та амплітуди сигналів ідентичні, а фази відрізняються на 90 градусів.

Мал. 62

Осцилограму суми тих самих сигналів з однаковими фазами показано на мал. 63.

Мал. 63

Якщо змінити частоту генератора 2 з 440 на 330 Гц, то на екрані з’явиться діаграма показана на мал. 64. Існує два способ отримання таких результатів. У реальному режимі сигнал виходу звукової карти слід подати на її лінійний вхід за допомогою шнура з стерео штекерами діаметром 3,5 мм на обох кінцях. У цьому випадку слід перемкнути пристрій запису зі "Стерео мікшера" на "Лінійний вхід". У зовнішнє коло можна вмикати різні пристрої, які є компонентами експериментальних установок. Як видно з прикладів, осцилограми відображені на мал. 62, мал. 63 мал. 64, отримані шляхом підключення одночасно двох досліджуваних сигналів, значення одного відображується на осі X іншого на осі Y. Режим розгортки сигналу в часі стає доступні ири відключенні входів X. Цей режим роботи осцилографа більш традиційним у техніці. У випадку використання даного пристрою в режимі розгортки сигнали можна подавати обидва входи "Y". Сигнали в цьому випадку будуть додаватися. Приклад роботи "Осцилографа" з одним неперіодичні сигналом приведено на мал. 64.

Мал. 64

ГЕНЕРАТОР ЗВУКОВИЙ ГЗШ

Мал. 65

Прилад ГЗШ (мал. 65) призначений для одержання синусоїдальних електричних коливань звукової частоти при демонстрації різних дослідів з фізики та електротехніки в середній школі. Генератор можна використовувати і як підсилювач низької частоти.

Загальний опис

Генератор складається з таких основних блоків (мал. 66): задаючий генератор, підсилювач, блок живлення.

Мал. 66

Задаючий генератор генерує коливання синусоїдальної форми строго визначеної частоти. У задаючому генераторі є пристрій для зміни частоти коливань. Ці коливання подаються на підсилювач, на вході якого є пристрій для регулювання підсилення. До виходу підсилювача може бути приєднане навантаження опором 5 Ом, 600 Ом, 5000 Ом. У режимі ПНЧ генератор може використовуватися як попередній підсилювач і як підсилювач з вихідною потужністю 2 Вт. Блок живлення служить для створення напруг, необхідних для роботи блоків приладу.

Генератор зібрано в металевому корпусі. На передній панелі розташовано:

  • вихідні клеми 5000 Ом, 600 Ом, 5 Ом;
  • “Вхід ПНЧ “ ;
  • затискач загальний, з’єднаний з корпусом приладу;
  • ручка регулювання підсилення, повертаючи як годинниковою стрілкою, можна збільшити вихідну напругу;
  • перемикач піддіапазонів на чотири положення: х1; х10; х100 та ПНЧ. У положенні ПНЧ перемикач перев прилад в режим підсилення низької частоти;
  • тумблер - вимикач мережі;
  • диск із шкалою, з’єднаний з регулятором частот. На задній панелі приладу змонтовано запобіжник та гніздо для шнура живлення приладу від мережі.

Технічні характеристики

  1. Діапазон частот (20 ... 20 000 Гц) розбито на три піддіапазони:
    І (х1 ) — 20..,200 Гц;
    IІ (х10 ) — 200...2000 Гц;
    III (х100 ) - 2000...20000 Гц.
  2. Номінальна вихідна потужність 2 Вт.
  3. Похибка генератора по частоті не більше 1 Гц.
  4. Виходи генератора розраховано на навантаження 600 Ом та 5 000 Ом.
  5. Вихідна напруга на кожному виході регулюється плавно.
  6. Прилад живиться від мережі 220 В або 127 В частотою 50 Гц.
  7. Споживана потужність - не більше 70 Вт.
  8. Тривалість неперервної роботи - не більше 2 год.

Послідовність роботи з приладом: Перед початком роботи з приладом необхідно його оглянути і переконатись у відсутності пошкоджень, перевірити правильність установки запобіжника (відповідно до напруги мережі 220 В чи 127В). Вмикання приладу здійснюється в такій послідовності.

1. Ручку підсилення встановити в крайнє ліве положення.

2. Увімкнути вилку шнура в мережу.

3. Поставити вимикач мережі в положення "Вкл". При цьому повинна засвітитися контрольна лампочка на передній панелі.

Робота з приладом може здійснюватися в різних режимах

1. Режим підсилення низької частоти. Для підсилення низькочастотних коливань ручку перемикача встановити в положення "Вхід ПНЧ". Підключити до клем "Вхід ПНЧ" джерело сигналу, а до клем "Загальний" та "5 Ом" - гучномовець. Ручкою "Підсилення" встановити необхідний рівень гучності.

2. Установка частоти. Установлення необхідного значення частоти здійснюється регулятором частоти. Відлік частоти здійснюється за поділкою шкали, що розташована проти штриха покажчика. При переході з одного піддіапазона на інший необхідно враховувати множник х1, х10 чи х100.

3. Вихідна напруга встановлюється плавним повертанням ручки "Підсилення".

4. Для узгодження виходу генератора з навантаженням служить вихідний трансформатор, який дає змогу узгодити генератор з навантаженнями 5 Ом; 600 Ом; 5000 Ом.

ГЕНЕРАТОР ЗВУКОВОЇ ЧАСТОТИ

Призначення

Генератор є джерелом електричних сигналів звукових частот і призначений для проведення демонстрацій і лабораторних робіт з курсу фізики середньої школи (мал. 67).

Мал. 67

Технічні характеристики, комплектність і будова

  • Діапазон частот, Гц 1... 100000
  • Точність установки частоти в діапазоні 1... 100 Гц ±1
  • Точність установки частоти в діапазоні (100...10000 Гц) ±10
  • Точність установки частоти в діапазоні (10000... 100000 Гц) ±100
  • Стабільність частоти, не гірше 10 - 5
  • Вихідна напруга (еф), В 0...5
  • Точність установки вихідної напруги, В 0,02
  • Опір навантаження, не менш, Ом 8
  • Вихід симетричний
  • Тип вихідного з’єднання USB-AF.
  • Напруга живлення (через адаптер 12/220 В, 50 Гц), В 12
  • Споживаний струм, не більше, А 0,3

До комплекту входять

  1. Генератор звукової частоти - 1 шт.
  2. Шнур з’єднувальний - 1 шт.,
  3. Мережевий адаптер 12/220 В, 50 Гц — 1 шт.
  4. Посібник з експлуатації — 1 шт.

Прилад виконаний на базі кварцового мікропроцесорного програмованого генератора з прямим синтезом частоти, забезпечує високу стабільність частоти й амплітуди у всьому робочому діапазоні частот, а також точність форми генерованих сигналів.

Форма генерованих сигналів:

  1. синусоїдальний сигнал;
  2. сигнал трикутної форми;
  3. сигнал типу "меандр";
  4. сигнал пилкоподібної форми.

Особливістю генератора є наявність цифрового індикатора амплітуди й частоти вихідного сигналу.

Умови експлуатації

При підготовці генератора до роботи необхідно:

  1. Підключити до гнізда живлення кабель адаптера.
  2. Підключити до вихідного гнізда підвідний шнур.
  3. Увімкнути адаптер у мережу 220 В, 50 Гц.

Налагодження частоти, амплітуди й форми сигналів здійснюється натисканням на відповідні кнопки керування. При однократному натисканні на кнопку частота (амплітуда) змінюється на один крок (у відповідності з таблицею характеристик генератора). При тривалому утриманні кнопок (більш 1 с) вмикається режим повтору ~ 25 разів/с. Значення частоти, амплітуди й форми сигналів відображаються за допомогою світлодіодних індикаторів.

Умови зберігання

Зберігати прилад потрібно в сухому опалюваному приміщенні.

Мал. 68

ГЕНЕРАТОР ЗВУКОВОЇ ЧАСТОТИ З МЕТРОНОМОМ ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦІЙНИХ ЕКСПЕРИМЕНТІВ ГЗЧМ

Призначення

Призначений для проведення демонстрацій та лабораторних робіт у школах і університетах (мал. 68).

Основні технічні параметри

Живлення від мережі змінного струму 220 В ±10% частотою 50...60 Гц.

Форма сигналів - синусоїдальна, трикутна, прямокутна.

Діапазон частот - 0,1 Гц ...100 кГц, у режимі метронома 0,43...4,8 Гц.

Індикація значення встановленої частоти (періоду) на 4-розрядному індикаторі.

Регульована напруга на навантаженні 8 Ом - 0...10 В. Коефіцієнт нелінійних спотворень (синус) - <2 %.

Час наростання/спаду (прямокутник) - 0,3 мкс.

Споживана потужність не більш 30 Вт .

МОДЕЛЬ звукового ГЕНЕРАТОРА ДЕМОНСТРАЦІЙНА (ГЗД)

Призначення

Модель ГЗД призначена для проведення в середній школі дослідів з автоматики, телемеханіки та для перетворенн вимірюваних неелектричних величин у електричні коливання.

Загальний опис

Мал. 69

Модель являє собою металеву панель розміром 170x100 мм, на лицевій стороні якої встановлено транзистор, трансформатор, змінний резистор, постійний резистор та вісім контактних затискачів. Розташування елементів генератора на панелі відповідає їх розташуванню на принциповій електричній схемі (мал. 69).

На зворотній стороні панелі встановлена ручка змінного резистора, біля затискачів живлення є знаки "+" та "-".

Затискачі 1, 2, 3 та 4 служать для під’єднання різних датчиків: напівпровідникового фотоелемента (1 та 2), термоопору й фоторезистора (3 та 4); затискачі 6 та 7 для підключення гучномовця потужністю до 1 Вт.

Оскільки прилад є однокаскадним підсилювачем НЧ, зібранним на транзисторі середньої потужності П214В за схемою позитивним зворотнім зв’язком, він може виконувати функції генератора, модулятора, підсилювача коливань чи підсилювача постійного струму.

Технічні характеристики

Напруга живлення - 4 В ( постійний струм).

Діапазон частот - 100...2000 Гц.

Підготовка до виконання роботи

  1. Ознайомитися за поданим описом та паспортами на прилади з будовою та принципом їх дії, які запропоновані в даній роботі.
  2. Записати основні технічні характеристики й вимоги щодо їх експлуатації.
  3. З’ясувати за програмами та підручниками з фізики для середньої школи, при вивченні яких тем можуть бути використані дані прилади.
  4. Знайти відповіді на запитання:
    1. Яка будова та принцип дії електронно-променевої трубки осцилографа?
    2. Яка роль генератора пилкоподібної напруги в осцилографі?
    3. Яке призначення атенюатора осцилографа?
    4. Як за допомогою осцилографа можна продемонструвати одночасно два коливальні процеси?
    5. З якою метою використовують генератори звукової частоти в навчальному експерименті з фізики?
    6. Що являє собою віртуальний осцилограф?
    7. У чому переваги осцилоскопічних методів дослідження коливних процесів?
    8. Що являють собою фігури Ліссажу? З якою метою їх одержують?
  5. Скласти конспект із зазначенням основних характеристик, призначенням та дидактичними можливостями приладів, запропонованих у даній роботі.

ВИКОНАННЯ РОБОТИ

Дослід 6-01. Підготовка до роботи та перевірка дії осцилографа та звукового генератора

Обладнання. Осцилограф, звуковий генератор, комп’ютер з програмою "осцилограф", з’єднувальні провідники.

Зміст і послідовність виконання завдання

1. За паспортом до осцилографа познайомитися з його будовою, органами керування та характеристиками.

2. Уважно розглянути панелі, на яких знаходяться органи керування осцилографом. З’ясувати призначення ручок клем та гнізд.

3. Установити ручки осцилографа "", "", "яскравість", "фокус" в середнє положення. Решта ручок повинна знаходитися в крайньому лівому положенні (повернути до упору проти годинникової стрілки).

4. Увімкнути осцилограф у мережу. Ручками "", "" "яскравість" і "фокус" установити світну пляму в центрі екрану та одержати чітке, але не дуже яскраве її зображення.

5. Знайти вихідне гніздо "контрольний сигнал" і подати на вхід осцилографа контрольний сигнал з гнізда на задній панелі осцилографа. Одержати стійку осцилограму сигналу.

6. За паспортом, технічним описом познайомитися і конструкцією, технічними характеристиками та органамі керування звукового генератора.

7. Розглянути передню панель генератора. З’ясуваті призначення органів керування. Приєднати до вихідних клем динамічний гучномовеці увімкнути генератор і перевірити його роботу в різни діапазонах частот та за різних опорів навантаження.

9. З’єднати вихід звукового генератора із входом осцилографа й одержати осцилограму сигналів. Налаштувати осцилограф (встановити подільник вхідної напруги у положення, що відповідає амплітудам напруг сигналів, які на нього подаються, діапазони частот та ін.) Продемонструвати осцилограми звукових коливань різних частот і амплітуд, одержаних за допомогою генератора.

10. Перевірити відповідність частот сигналів одержаних за допомогою генератора та тих, які відображає осцилограф (за встановленою частотою розгортки та частотою, встановленою на генераторі), для різних діапазонів частот сигналів генератора й частот розгортки осцилографа.

Дослід 6-02. Використання комп'ютерних засобів для демонстрації коливних процесів

Обладнання. Персональний комп’ютер, програмний продукт "осцилограф", звуковий генератор, з’єднувальні провідники.

Зміст і послідовність виконання завдання

1. Інсталювати програму "Осцилограф" на комп’ютер, ознайомитися за інструкцією до програми з її роботою.

2. Подати на вхід комп’ютера сигнал від генератора та одержати його осцилограму на екрані.

3. Перевірити можливість проведення дослідів, описаних в інструкції до програми.

4. Провести досліди з відтворення осцилограм сигналів різної форми.

Самоконтроль і звітність

1. Дати відповіді на запитання:

  1. Які основні елементи блок-схеми осцилографа та яке їх призначення?
  2. Як змінити довжину розгортки?
  3. Як одержати стійку осцилограму досліджуваного сигналу?
  4. Як одержати фігури Ліссажу на екрані осцилографа?
  5. Як визначити за виглядом фігур Ліссажу на екрані осцилографа частоту досліджуваного сигналу?
  6. Як одержати на екрані осцилографа зображення оного, двох періодів коливань досліджуваного сигналу?
  7. Як за допомогою осцилографа можна виміряти амплітуду напруги досліджуваного сигналу, частоту?
  8. При постановці яких дослідів може бути викорис звукової частоти?

2. Виконати творче завдання, запропоноване викладачем.

Попередня лекція На початок лекції Наступна лекція

  •     

































© 2003-2020 Методика навчання фізики в середній школі | Хостинг: RCHosting