Фигуры Лиссажу
Программы: Sek II
Цель¶
Получить фигуры Лиссажу и определить по ним отношение частот двух сигналов.
Установка¶
Два источника синусоидального напряжения с амплитудой 5 В: правый — 100 Гц, подключён к КАН 1 (ось X); левый — 200 Гц, к КАН 2 (ось Y). Общие выводы источников подключены к клемме ЗЕМЛЯ осциллографа. Режим X-Y, 2 В/дел на обоих каналах.
Ход работы¶
- Посмотрите на фигуру на экране.
- Установите на источниках 200 и 300 Гц.
- Установите одинаковые частоты, например 100 и 100 Гц.
- Для каждой фигуры подсчитайте, сколько раз она касается горизонтальной и вертикальной сторон рамки.
Ожидаемый результат
При 100 и 200 Гц получается фигура с двумя петлями (отношение 1:2). При 200 и 300 Гц — фигура с отношением касаний 2:3. При равных частотах — эллипс или отрезок прямой: форма зависит от сдвига фаз. Отношение частот равно отношению касаний: частота по оси Y относится к частоте по оси X, как число касаний горизонтальной стороны к числу касаний вертикальной стороны. Источники установки точно поддерживают частоту, поэтому фигура неподвижна. С двумя реальными функциональными генераторами частоты немного различаются, и фигура медленно вращается, проходя через все свои формы; чем медленнее вращение, тем точнее подобраны частоты.
Вопросы¶
- Как найти неизвестную частоту по фигуре Лиссажу?
- Почему фигура неподвижна, только когда отношение частот равно отношению целых чисел?
Ответы
- Подайте сигнал известной частоты на один канал, а неизвестный сигнал — на другой и подстраивайте известную частоту, пока фигура не остановится. Тогда \(f_Y / f_X = n_h / n_v\), где \(n_h\) — число касаний горизонтальной стороны рамки, а \(n_v\) — вертикальной. Например, если на X подано 100 Гц, а фигура касается верхней стороны дважды и боковой один раз, частота на Y равна 100 Гц · 2 / 1 = 200 Гц.
- Фигура повторяется, только если луч возвращается в ту же точку через целое число периодов обоих сигналов: \(n \cdot T_X = m \cdot T_Y\), то есть \(f_Y / f_X = m / n\). При 100 и 200 Гц это происходит каждые 10 мс, через один период X и два периода Y. При любом другом отношении фаза между сигналами непрерывно смещается, траектория никогда не замыкается, и фигура медленно меняет свою форму.