Перейти до змісту

RL-коло на осцилографі

Програми: APC, Sek II

Відкрити повну версію ↗

Мета

Спостерігати наростання і спадання струму в RL-колі та виміряти сталу часу \(L / R\).

Установка

Джерело змінної напруги — прямокутний сигнал від 0 до 5 В (амплітуда 2,5 В, зміщення 2,5 В), 10 Гц. Послідовно з’єднані котушка індуктивності 1 Гн (обмотка 10 Ом) і резистор 100 Ом. Осцилограф: КАН 1 — джерело, КАН 2 — резистор (напруга на ньому пропорційна силі струму), режим DUAL, 2 В/под, 5 мс/под, синхронізація за КАН 1 на рівні 2,5 В.

Хід роботи

  1. Розгляньте осцилограму КАН 2.
  2. Виміряйте час, за який напруга на резисторі досягає 63% свого усталеного значення.
  3. У картці параметрів резистора замініть 100 Ом на 220 Ом і повторіть вимірювання.
Очікуваний результат

Струм наростає і спадає за експонентою. Усталена напруга на резисторі — близько 4,5 В (5 В · 100 / 110); 63% цього значення — близько 2,9 В — досягаються через \(\tau = L / R\) ≈ 9 мс, це трохи менше за дві поділки. Півперіод 50 мс довший за п’ять \(\tau\), тому струм встигає встановитися; на вищій частоті він не досягав би 4,5 В, і 63% довелося б брати від меншого значення. З 220 Ом \(\tau\) зменшується приблизно до 4,4 мс.

Запитання

  1. Чому стала часу зменшується, коли опір збільшується?
  2. Чим RL-коло схоже на RC-коло і чим відрізняється від нього?
Відповіді
  1. У перший момент уся напруга джерела прикладена до котушки, тому струм починає зростати зі швидкістю \(U / L\) за будь-якого опору. Більший опір знижує усталений струм \(U / R\), і за тієї самої початкової швидкості струм раніше наближається до нього, звідси \(\tau = L / R\). З 220 Ом загальний опір становить близько 230 Ом замість 110 Ом, і \(\tau\) зменшується приблизно до 4,4 мс.
  2. В обох колах напруги і струм змінюються за експонентою зі сталою часу: 63% зміни — через одну \(\tau\), практично вся зміна — через п’ять; осцилограма на резисторі тут має таку саму форму, як осцилограма на конденсаторі в RC-колі. Відрізняються вони тим, що не може змінитися стрибком, і усталеним режимом: у RC-колі неперервна напруга на конденсаторі, а струм згасає до нуля, у RL-колі неперервний струм котушки, і він встановлюється на рівні \(U / R\). \(\tau = R \cdot C\) зростає зі збільшенням опору, \(\tau = L / R\) — зменшується.