Чутливість електронно-променевої трубки

 

    Чутливістю трубки до напруги називається відношення зсуву плями на екрані до різниці потенціалів, що викликала цей зсув. Чутливість вимірюється в міліметрах на вольт (мм/В) і залежить від параметрів трубки: довжини l пластин, що відхиляють, відстані d між ними, відстані L від пластин до екрана, різниці потенціалів U між другим анодом і катодом.

    Наведемо без доказу формулу для чутливості ЕПТ за напругою

 

                                                    S_U= .

 

    Позначення в цій формулі зазначені вище.

    Чутливості для пластин ПX і ПY  будуть неоднакові внаслідок різних відстаней L. Наведений вираз для чутливості ЕПТ є наближеним, тому що на практиці пластини  не плоскі, а вигнуті для зменшення крайового ефекту.

 

Підсилювачі й послаблювачі вхідних сигналів

 

    Електронно-променева трубка сама по собі має малу чутливість. Для збільшення чутливості осцилограф постачають підсилювачами напруги. Кожна пара пластин має свій підсилювач. Підсилювач для Х - пластин звично має невеличкий коефіцієнт підсилення, тому що він призначається головним чином для підсилення достатньо великого сигналу, подаваного від генератора розгортки. Підсилювач для Y - пластин, навпаки, має достатньо високий коефіцієнт підсилення (декілька тисяч). Підсилювачі мають широку смугу пропускання і дуже рівномірну частотну характеристику, тобто коефіцієнт підсилення майже не залежить від частоти.

    Якщо подаваний на вхід осцилографа сигнал достатньо великий, його можна подавати безпосередньо на відхиляючі пластини, або скористатися послаблювачем сигналу, що є дільником напруги ( потенціометром).

    Електронно-променева трубка, яка забезпечена підсилювачами й послаблювачами, може бути використана як чутливий безінерційний вольтметр, що дозволяє виміряти напругу, силу струму, активний опір і т.ін.

 

Генератор розгортки

        

Для спостереження тимчасового ходу процесів за часом можна подавати на горизонтальні пластини осцилографа напругу, що линійно зростає з часом, - напругу розгортки. Тому вісь Х на екрані трубки називають іноді віссю часу. Якщо при цьому одночасно подати на вертикально відхиляючі пластини ПY досліджувану напругу, то на екрані осцилографа промінь побудує графік зміни досліджуваної напруги за часом. За допомогою осцилографа вивчають швидкозмінні періодичні процеси, тому й напруга розгортки теж повинна бути періодичною. Період розгортки повинний бути кратний періоду досліджуваного сигналу, щоб промінь на екрані з кожним повторенням циклу розгортки прокреслював ту ж саму траєкторію. Після проходження вздовж горизонтального діаметра до визначеної точки промінь повинен швидко повернутися у вихідне положення (зворотний хід). Викладена вище вимога виконується, якщо напруга розгортки змінюється за законом, що графічно зображено на рис. 3.2, де t₁ - час прямого ходу і t₂ - час зворотного ходу променя. Таку напругу називають пилкоподібною:

 

Рис. 3.2

 

Щоб спостерігати на екрані графік досліджуваного процесу у вигляді безперервної лінії, частота розгортки повинна бути достатньо великою. Якщо досліджуваний процес однократний або повторюється не періодично, то генератор розгортки повинний давати одиничні імпульси пилкоподібної форми тільки в момент виникнення досліджуваного процесу ( режим очікування). У цьому випадку запуск генератора розгортки здійснюється сигналом із підсилювача вертикального відхилення (досліджуваним сигналом) або зовнішнім сигналом.

Генератор міток часу

        

При дослідженні швидкозмінних процесів за допомогою осцилографа часто виникає необхідність у вимірюванні їхньої тривалості. Для цієї мети використовується генератор міток часу, що завдає через рівні проміжки часу мітки на осцилограмі. Найчастіше такі мітки завдаються засобом підсвічувань чи гасіння променя. Для цього на модулюючий електрод трубки, чи на катод подають електричні сигнали від генератора міток, періодично змінюючи яскравість плями на екрані. Якщо знати тривалість маркерної мітки і число міток, що укладаються на досліджуваному сигналі (при заданому числі сигналів), можна визначити тривалість сигналу. Тривалість міток часу можна змінювати для зручності вимірювання. Генератор міток часу або монтується усередині осцилографа, або підключається ззовні через канал керування яскравістю променя, який називають віссю електронного осцилографа.

Синхронізація

        

Для того щоб зображення на екрані осцилографа було нерухомим (не «пливло»), генератор розгортки повинний працювати з частотою, яка дорівнює чи кратна частоті досліджуваного сигналу. Це співвідношення періодів повинно залишатися строго постійним протягом усього часу спостереження. Проте, унаслідок нестабільності частот як генератора розгортки, так і досліджуваного сигналу, ця умова порушується, що веде до нестабільності зображення на екрані. Щоб забезпечити якісне зображення на екрані, коливання генератора розгортки синхронізуються з коливаннями іншої, більш стабільної напруги, наприклад, напруги мережі, що є джерелом живлення осцилографа, напруги зовнішнього генератора зі стабільною частотою чи досліджуваної напруги.

Блок живле н ня

Блок живлення осцилографа забезпечує постійною напругою електричні кола напівпровідникової (або лампової) схеми і електронно- променевої трубки. Він містить у собі силовий трансформатор, випрямні елементи і фільтри.

    Керування осцилографом повинно бути вивчено за прикладеною до нього інструкцією.

 

Прилади і при л а ддя

       1.Електронний осцилограф.

       2.Звуковий генератор-2 шт.

       3.Джерела постійного і змінного струму.

       4.Мультиметр ВР-11А.

       5.Трансформатор - змішувач коливань.

       6.Сполучні провідники.

                                

Порядок виконання роботи

Завдання 1. Спостереження сигналів на екрані осцилографа і радуювання осцилографа.

1.1.Зібрати схему, зображену на рис.3.3.

 

 

                                                     Рис.3.3

 

1.2.Ввімкнути осцилограф, вимкнути розгортку і установити світлову точку в центр екрана.

1.3.Подати на вхід Y осцилографа постійну напругу. Відзначити, що відбувається на екрані при зміні величини і полярності напруги. Збільшуючи вхідну напругу і вимірюючи її мультиметром через одну поділку вертикальної шкали екрана, зробити градуювання осцилографа за вертикальним відхиленням ( результати записати в таблицю 3.1).

1.4.Вимкнути вхід Y і подати той же сигнал постійної напруги на вхід Х.  Відзначити, що відбувається з променем при зміні величини і полярності вхідного сигналу. Зробити градуювання осцилографа за горизонтальним відхиленням (результати записати в таблицю 3.1).

1.5.Підключити дільник (рис.3.3) до джерела змінної напруги і проробити дії, зазначені в п. 1.3 і 1.4. Відзначити і пояснити розходження між зображеннями на екрані для постійної і змінної напруг.

1.6.Увімкнути розгортку. Подати постійний сигнал на вхід Y і, змінюючи величину вхідної напруги, перемалювати зображення на екрані. Подати змінний сигнал на вхід Y і, підбираючи час розгортки, одержати стійке зображення на екрані. Перемалювати зображення і дати пояснення йому. Записати амплітуду й ефективне значення напруги.

 

	n, поділки	0	1	2	3	4	5
Y	-V, В
	,
	~V, В
	,
X	-V, В
	,
	~V, В
	,

 

Таблиця 3.1

 

Завдання 2. Вимірювання частоти

          

       2.1.Подати на вхід Y синусоїдальний сигнал від звукового генератора

ЗГ-1.

       2.2.Одержати стійке зображення синусоїди. Підрахувати відстань l у поділках шкали, яка відповідає цілому числу періодів сигналу n, що укладаються найбільше близько до 10 поділок шкали. Тоді частоту  визначимо за формулою:

                                                 ,

       де – тривалість розгортки.

 

Завдання 3. Додавання гармонійних коливань, що відбуваються вздовж однієї прямої

.

3.1.Зібрати схему, зображену на рис. 3.4.

 

Рис.3.4

 

 

3.2. Спостереження биттів.

Подати на обмотку 1 трансформатора сигнал 150 500Гц від генератора ЗГ-1. Одержати на екрані осцилографа стійке зображення синусоїди. Записати амплітуду сигналу. Відключивши обмотку 1, подати сигнал приблизно такої ж частоти на обмотку 2 іншого генератора  ЗГ-2. Встановити амплітуду сигналу на екрані, яка дорівнює попередній. Подати одночасно сигнали на обидві обмотки 1 і 2. Плавно змінюючи частоту одного з генераторів, одержати биття і перемалювати їхню картину. Визначити період биттів і різницю частот між коливаннями, що додаються.

Примітка: При використанні двохканального осцилографа додавання коливань провадиться без використання змішувального трансформатора, а шляхом прямої подачі сигналів на вхід Y1  і Y2.

3.3. Додавання коливань із кратними частотами.

Подати гармонійний сигнал, наприклад, 50Гц на обмотку 1, і 100 Гц на обмотку 2. Перемалювати отримане зображення і відзначити, який вигляд має результуючий сигнал. Повторити спостереження при співвідношенні частот 1: 3, 1: 4.

  

Завдання 4. Додавання взаємно перпендикулярних коливань

         .

Ввімкнути розгортку. Подати на вхід Х гармонійний сигнал від генератора ЗГ-1 і на вхід Y від генератора ЗГ-2 з амплітудами 5  10 В. При додаванні коливань однакової частоти й однакової амплітуди через зміну різниці фаз спостерігають плавний перехід кола в еліпс і потім у пряму лінію.

При додаванні коливань із кратними частотами спостерігають фігури Ліссажу.

 

Контрольні запитання

 

  1. З якою метою може бути використаний електронно-променевий осцилограф?

  2. Які основні вузли електронного осцилографа і їхнє призначення?

  3. Як одержати зображення на екрані електронно-променевої трубки?

  4. Яке призначення кожного з електродів ЕПТ?

  5. Від чого залежить чутливість ЕПТ?

  6. Для чого використовується пилкоподібна напруга в генераторі розгортки?

  7. Пояснити розходження між зображеннями на екрані для постійної і змінної напруг, подаваних на вхід осцилографа при вимкненої розгортці.

  8. Навіщо потрібна синхронізація?

 

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4

Дослідження електростатичного поля способом електролітичного моделювання

        

Мета роботи - вивчення картини потенціального поля різних заряджених тіл на електролітичній моделюючій установці.

Електростатичне поле характеризується в кожній точці простору вектором напруженості поля  і потенціалом .

Усякий нерухомий заряд створює в навколишнім просторі електричне поле, що виявляється при внесенні спробних електричних зарядів у будь-яку точку поля. Силовою характеристикою поля є його напруженість .

Напруженість чисельно дорівнює силі , з яким поле діє на одиничний позитивний заряд , який поміщено в дану точку поля:

                                                   (1)

Лінія, дотична до якої в кожній точці збігається за напрямком з вектором напруженості електростатичного поля, – це силова лінія. Таким чином, силова лінія визначає в кожній точці, через яку проходить, напрямок напруженості , а отже, і напрямок сили, що діє на позитивний заряд, вміщений у цю точку поля. Густота силових ліній характеризує чисельне значення напруженості.

      Енергетичною характеристикою поля є потенціал. Він виміряється роботою, яку виконують сили поля при переміщенні позитивного заряду з даної точки поля в точку, що знаходиться на нескінченності:

                                                 (2)

Потенціал електростатичного поля є функція координат. Можна виділити сукупність точок, для яких потенціал буде тим самим. Для поля, створюваного точковим зарядом, такі сукупності точок утворять концентричні сферичні поверхні.

    Геометричне місце точок з рівними потенціалами зветься еквіпотенціальною поверхнею.

Силові лінії перпендикулярні до еквіпотенціальних поверхонь.  

    Визначимо елементарну роботу , яку виконують сили поля при переміщенні одиничного позитивного заряду з точки 1 у точку 2 (рис.4.1).

 

 

Рис. 4.1

                                                      

                                                  (3)

    Якщо виразити ту ж роботу через різницю потенціалів, то одержимо

.                             (4)

    Порівнюючи отримані вирази (3) і (4), знайдемо

.                                           (5)

Рівність (5) характеризує швидкість зміни потенціалу в напрямку нормалі .

    У векторному вигляді зв'язок між напруженістю  і потенціалом  можна записати так:

                                       (6)

    Поля, для яких виконується це співвідношення, називають потенціальними, а сили, що діють у такому полі, - консервативними. Робота консервативних сил не залежить від форми шляху переходу, а залежить від положення початкової і кінцевої точок:

А = q (  - ).

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: