A1  ^?? Подключите электромагнит реле к источнику напряжения. Плавно увеличивая подаваемое напряжение, измерьте напряжение $U_\mathrm{on}$, при котором срабатывает реле (размыкаются нормально замкнутый и подвижный контакт реле).

Подключаем электромагнит реле к источнику напряжения. Плавно увеличивая подаваемое напряжение, измеряем напряжение $U_\mathrm{on}$, при котором срабатывает реле (нормально замкнутые контакты размыкаются).

$U_{ON},~В$

7.02

7.04

7.03

A2  ^?? Не отключая реле от источника питания, установите на источнике напряжение $10~В.$ При этом контакты реле окажутся разомкнуты. Плавно уменьшая подаваемое напряжение, измерьте напряжение $U_\mathrm{off}$, при котором подвижный контакт соединится нормально замкнутым.

Плавно уменьшая подаваемое напряжение, измеряем напряжение $U_\mathrm{off}$, при котором нормально замкнутые контакты замкнутся.

$U_\mathrm{off},~В$

1.60

1.63

1.59

Экспериментально проверено, что измеренные значения не зависят от полярности.

A3  ^?? В одном предложение ответьте на вопрос: почему $U_\mathrm{on}$ отличается от $U_\mathrm{off}$?

A4  ^?? Рассмотрите схему, изображённую на рис. 4. Используя теоретические представления о работе рассмотренной колебательной системы, запишите выражение для ее периода колебаний $T$.

В момент времени замыкания подвижного и нормально замкнутого контакта конденсатор начинает заряжаться. Скорость его зарядки определяется сопротивлением контура, образованного конденсатором и источником питания. При достижении напряжения $U_\mathrm{on}$ на конденсаторе подвижный контакт реле начинает отрываться от нормально замкнутого контакта. Этот процесс требует определенного времени. За это время конденсатор заряжается еще больше до значения напряжения $U_{\max}$. Таким образом, напряжение $U_{\max}$ лежит в пределах от напряжения включения реле $U_\mathrm{on}$ до напряжения питания $U_0$. В зависимости от соотношения между характерными временами зарядки конденсатора и отключения подвижного контакта напряжение $U_{\max}$ будет оказываться либо ближе к $U_\mathrm{on}$ либо ближе к $U_0$. После отключения подвижного контакта реле конденсатор начинает разряжаться через обмотку электромагнита. В момент достижения конденсатором напряжения $U_\mathrm{off}$, подвижный контакт реле начинает свое движение к нормально замкнутому контакту. За время движения подвижного контакта к нормально замкнутому конденсатор успевает разрядиться еще больше до напряжения $U_{\min}$. Таким образом, напряжение $U_{\min}$ меньше напряжения $U_\mathrm{on}$. Величина разницы напряжений $U_\mathrm{off}$ и $U_{\min}$ зависит от соотношения характерных времен движения подвижного контакта к нормально замкнутому и разрядки конденсатора. Чем больше оказывается время разрядки конденсатора, тем меньше он успеет дополнительно разрядиться. Тогда период работы реле обуславливается временем разрядки конденсатора от $U_{\max}$ до $U_{\min}$ :
$$T_{теор1}=RC \ln \frac{U_{\max}}{U_{\min}} \tag{1}$$В первом приближении, считая времена перемещения подвижного контакта бесконечно малыми можно сказать, что $U_{\max}=U_\mathrm{on}$ и $U_{\min}=U_\mathrm{off}$. Тогда для периода работы схемы получим:$$T_{теор}=RC \ln \frac{U_{ON}}{U_{OFF}} \tag{2}$$

Отметим, что в предложенном объяснении не рассмотрены эффекты связанные с индуктивностью обмотки реле. Их существенное проявление начинается на более высоких частотах работы схемы.

A5  ^?? Соберите схему, изображённую на рис. 4. Измерьте зависимость периода $T$ переключений реле от ёмкости $C$ конденсатора, подключённого в цель. Чтобы изменять ёмкость, используйте несколько конденсаторов, объединив их в один. По графику определите характер зависимости.

Соберём схему (рис. 4). Для изменения ёмкости $C$ будем поочерёдно подключать разные цепи из конденсаторов. Так как для измерений напряжений и периода используется одна и та же методика измерений, рационально для каждой ёмкости $C$ сразу измерять и напряжения $U_{max}$, $U_{min}$, и период $T$ (то есть проводить одну серию измерений для пунктов A5, A7 и A8). Результаты измерений и вычислений приведены в таблице ниже. Сопротивление обмотки электромагнита реле: $$R=262 \pm 3~Ом$$

A6  ^?? Используя измеренное с помощью омметра сопротивление $R$ электромагнита для каждого значения ёмкости $C$ рассчитайте теоретическое значение периода $T_{теор}$. В тех же осях и на том же листе, где построен экспериментальный график зависимости $T(C)$, постройте график зависимости $T_{теор}(C)$.

Построим графики зависимостей $T(C), T_{теор}(C)$ и $T_{теор1}(C)$. (Рис. 7).

Зависимости отлично аппроксимируется прямой. Графики теоретической (красной) и экспериментальной зависимостей немного отличаются по наклону.

A7  ^?? Установите в схему один конденсатор $C=470~мкФ$. Подключите осциллограф к выводам конденсатора. С помощью осциллографа получите изображение импульса напряжения (зависимость напряжения $U$ от времени $t$ ) на конденсаторе $C$ (за длительность импульса примем период $T$ переключений реле). Зарисуйте осциллограмму импульса. Чему равны максимальное $U_{\max}$ и минимальное $U_{\min}$ напряжения, имеющие место на конденсаторе? Объясните, чем, с точки зрения теоретических представлений о работе реле, определены эти напряжения?

Подключим в цепь конденсатор $C=470~мкФ$.

A8  ^?? Измерьте зависимость напряжений $U_{\max}$ и $U_{\min}$ от периода работы исследуемой схемы $T$. Постройте соответствующие графики. Что можно сказать о характере каждой из зависимостей в целом (напряжение возрастает, убывает, не изменяется)?

Графики зависимостей напряжений $U_{\max}$ и $U_{\min}$ от периода переключений реле $T$ изображены на рис. 9 и рис. 10.

Как видно из графика зависимости напряжения $U_{\min}$ от периода $T$ при увеличении длительности импульсов напряжение растёт. Из графика зависимости напряжения $U_{\max}$ от периода $T$ можно сделать вывод о том, что при увеличении длительности импульсов напряжение падает.

A9  ^?? Придумайте ещё одну схему, которая бы являлась автоколебательной системой с возможностью изменения периода с помощью конденсатора. В этой схеме конденсатор должен разряжаться гораздо быстрее, чем заряжаться. Изобразите эту схему.

Рассмотрим схему, изображённую на рис. 11.

Изначально конденсатор разряжен. С подачей питания на схему нормально замкнутый и подвижный контакты размыкаются. Но после размыкания этих контактов реле и источник оказываются включены последовательно конденсатору $C$. Через него потечёт ток зарядки. Этот же ток потечёт и через электромагнит. В результате электромагнит продолжает держать подвижный контакт отключенным от нормально замкнутого. Со временем по мере зарядки конденсатора ток в цепи будет уменьшаться, и в некоторый момент снизится до такого значения, при котором электромагнит уже не сможет удержать подвижный контакт разомкнутым с нормально замкнутым. Контакты замкнутся, конденсатор мгновенно разрядится. Далее процесс повторяется циклически.

A10  ^?? Для придуманной вами схемы измерьте зависимость периода $T$ переключений реле от ёмкости $C$ конденсатора, подключённого в цель. Чтобы изменять ёмкость, используйте несколько конденсаторов, объединив их в один. По графику определите характер зависимости.

Изменяя ёмкость $C$, измерим зависимость $T(C)$.

$C,~мкФ$	$T,~мс$		$C,~мкФ$	$T,~мс$
94	53.6		940	442
117.5	63.2		1410	692
157	80.5		1880	904
235	119.6		2350	1124
470	244

Построим график зависимости $T(C)$ (рис. 12).

Зависимость отлично аппроксимируется прямой.