Устройство и принцип действия осциллографа

Электронный осциллограф (ЭО)- прибор, предназначенный для изучения разнообразных переменных электрических процессов. Помимо качественной оценки исследуемых процессов осциллографы дают возможность оценить ряд величин (напряжение сигнала, фазу, частоту и др.) количественно.

Достоинствами электронного осциллографа являются его высокая чувствительность, малая инерционность и большое входное сопротивление. Последнее достоинство исключает влияние прибора на режим работы цепей, к которым он подключается. Питается осциллограф, как правило, от сети переменного тока (~220 В).

ЭО состоит из следующих узлов и блоков (функциональная схема ЭО представлена на рис. 1.1): электронно-лучевой трубки (ЭЛТ); блока питания; усилителей сигналов каналов Х и У и аттенюатора (делителя напряжения); генератора развертки (пилообразного напряжения); блока синхронизации; калибратора.

Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) - основная часть прибора (на экране трубки наблюдается исследуемый сигнал). ЭЛТ представляет собой (рис. 1.2) вакуумную колбу 10, внутри которой впаяны электроды различного назначения.

Одна группа электродов образует так называемую электронную пушку, создающую электронный луч, направленный вдоль оси ЭЛТ. К этим электродам относятся следующие:

· катод 2, нагреваемый с помощью нити накала 1. Эмиссия электронов происходит с торцевой поверхности катода, покрытого слоем окисла с малой работой выхода электронов;

· управляющий электрод (модулятор) 3, на который подается отрицательный относительно катода потенциал. Величина этого потенциала с помощью потенциометра R₁ может изменяться, что приводит к изменению яркости пятна на экране 8 (чем меньше по абсолютной величине потенциал, тем больше пройдет через модулятор в единицу времени электронов и тем ярче будет пятно);

· первый анод 4. выполненный в виде цилиндра, внутри которого расположено несколько диафрагм с отверстиями в центре;

· второй анод 5 - более короткий цилиндр с отверстием в центре.

На оба анода подаются положительные относительно катода потенциалы (на анод 4 » 500 В. на анод 5 » 3000 В), а потому они являются ускоряющими элементами (сообщают электронам ускорение и большую скорость). Кроме того, они совместно с модулятором 3 формируют здесь электрическое поле. Результирующее электрическое поле электродов 3, 4 и 5 оказывается таким, что электроны, двигаясь вдоль силовых линий, фокусируются на экране. Регулировка фокусирующего действия осуществляется потенциометром R_3.

К другой группе электродов относятся:

- вертикально отклоняющие пластины 6. Именно на них подается, как правило, после усиления исследуемое напряжение;

- горизонтально отклоняющие пластины 7. На них обычно подается напряжение с генератора развертки (см. ниже);

- третий анод 9, соединенный с электродом 5 и играющий вспомогательную роль.

Для понимания принципа действия осциллографа очень важно понять действие вертикально-отклоняющих пластин (ВОП). Как уже сказано, именно на них подается исследуемое напряжение U.

Следовательно, между пластинами имеет место электрическое поле       (рис. 1.3), напряженность которого в любой момент времени определяется равенством

,

где d - расстояние между пластинами.

Пусть электрон со скоростью n₀ влетает в это поле вдоль оси Z. Очевидно, что координата Z связана с временем соотношением:

Z = n₀ t.                                                 (1.1)

Вдоль оси Y электрон будет двигаться с ускорением:

                                          (1.2)

где e и т - заряд и масса электрона соответственно. Следовательно,

                                         (1.3)

Исключая из (1.1) и (1.3) время, найдем

                                                  (1.4)

Это означает, что электрон между пластинами движется по параболе.

При выходе из поля ВОП электрон будет двигаться вдоль прямой MN (касательной к параболе), давая в точке N экрана вспышку. Можно показать, что отклонение h электрона на экране трубки пропорционально подаваемому напряжению U (см. формулы (1.4) и (1.1)), т.е. , где с - постоянная для данной трубки величина, называемая чувствительностью трубки - отклонение луча при подаче на ВОП напряжения, равного 1В ( ).

Так как напряжение, подаваемое на ВОП, чаще всего является переменным, то, естественно, под влиянием поля электронный луч отклоняется вертикально на величину 2h .

Целью настоящей лабораторной работы является получение навыков проведения измерений с помощью электронного осциллографа С1–112А, который используется для проведения различных измерений в нескольких лабораторных работах. Кроме того, в лабораторных работах применяется генератор сигналов ГСФ–2 в качестве источника сигналов различной частоты и формы и частотомера. Поэтому ознакомимся детально с органами управления и их назначением этих приборов.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: