Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
97
Добавлен:
25.05.2014
Размер:
82.43 Кб
Скачать

Лабораторная работа №50

ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОГО ОСЦИЛЛОГРАФА

Приборы и принадлежности:

1. Осциллограф С1 -5

2. Звуковой генератор ГЗ-18

3. Специальная приставка

4. Источник питания

Цель работы:

Изучение устройства электронно-лучевого осциллографа типа С1-5 и ознакомление с некоторыми видами наблюдений и измерений, которые можно проводить с его помощью.

Устройство и принцип работы осциллографа.

Электронно-лучевая трубка.

Осциллографом называется прибор, позволяющий визуально наблюдать быстрые периодические (колебания) процессы: (ascilla - колебание, grafo -пишу).Осциллографы бывают различного типа и назначения. Наиболее распространены магнитоэлектрические («шлейфовые») осциллографы и электронные осциллографы («осцилоскопы»).

Область применения осциллографов чрезвычайно обширна. Возможность преобразования механических, химических, световых, тепловых и других величин в электрические сигналы позволяет применять осциллографы во многих отраслях науки и техники.

Специальные типы осциллографов позволяют наблюдать и фотографировать очень медленные периодические процессы и очень быстрые (вплоть до сверхвысоких частот) колебания, а также одиночные импульсы сложной формы.

С помощью осциллографов можно проводить не только качественные, но и количественные измерения параметров исследуемых сигналов.

Основным узлом осциллографа является электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). ЭЛТ представляет собой стеклянную колбу специальной формы, показанная на рис. 1, с вмонтированной в нее системой электродов. Трубка откачена до давления 10"8 - 10"7 мм рт. ст.

Основной узел ЭЛТ - электронно-лучевая пушка, которая формирует электронный луч и направляет его на экран 8, покрытый люминофором, светящимся под ударами электронов.

Пушка состоит из следующих электродов

1. Катод, представляющий собой полый тонкостенный цилиндр с плоским донышком, покрытым активирующим слоем для уменьшения работы выхода электрона;

2. Нить накала - спираль из вольфрама, покрытая керамикой для изоляции от катода. На спираль подается низкое напряжение (6,3 В). Нагреваясь, спираль накаляет катод до температуры Т С, при которой происходит достаточно интенсивная эмиссия с поверхности катода.

3. Управляющий электрод. Выполняет две функции: предварительную фокусировку электронного луча и регулировку его плоскости. На управляющий электрод подается отрицательный потенциал по отношению к катоду (рис. 1). Поэтому электроны, вылетающие из торца катода в различных направлениях, отклоняются полем управляющего электрода и проходят через отверстие в его донышко (рис. 2). Таким образом, управляющий электрод сужает электронный луч, «фокусирует» его.

Изменяя потенциал на управляющем электроде, сопротивлением (рис.1) можно регулировать количество электронов, вылетающих в единицу времени, т.е. регулировать плотность электронного луча и тем самым менять яркость свечения экрана. В этом случае управляющий электрод играет роль аналогичную управляющей сетке в триоде.

4. Система из двух анодов: 4 - первый анод и 5 - второй анод (рис. 1,2). Эти электроды предназначены для ускорения электронного тока и его точной фокусировке.

Для получения свечения экрана ЭЛТ необходимо ускорить электроны до значительных энергий. Поэтому на 2-й анод подается высокое напряжение около 800 В. 1-й анод имеет более низкий потенциал. В результате между 1-м и 2-м анодами образуется электростатическое поле, эквипотенциалы которого имеют форму двояковыпуклой линзы (рис. 2). В таком поле электроны, удаленные от оси трубки, получают дополнительную поперечную скорость, направленную к оси ЭЛТ,

Регулируя величину напряжения между 1-м и 2-м анодами с помощью сопротивления R2 (рис. 1), можно добиться чтобы практически все траектории электронов сходились в одной точке, лежащей на поверхности экрана (8). При этом регулируется только потенциал 1-го анода, т.к. потенциал 2-го анода влияет на яркость свечения и чувствительность ЭЛТ.

Система отклоняющих пластин. Пара параллельных, горизонтально расположенных пластин 6 (рис. 1) служит для отклонения электронного луча в вертикальном направлении и называется вертикально -отклоняющими пластинами. При подаче на них разности потенциалов, светящееся пятно на экране будет отклоняться в сторону положительно заряженной пластины. Величина смещения луча от оси трубки пропорциональна величине приложенной разности потенциалов.

Получение изображения на экране ЭЛТ

Периодические во времени процессы изображаются в виде графиков, по оси ординат которых откладываются переменная величина (функция), а по оси абсцисс - время (аргумент). На рис. 3 показаны графики некоторых видов периодических сигналов.

Для наблюдения на экране ЭЛТ этих процессов необходимо каким-либо способом преобразовать величину в пропорциональное ей напряжение и подать его на вертикально отклоняющие пластины. Т.к. напряжение будет меняться со временем, светящаяся точка на экране будет смещаться от центра вниз и вверх, так что в каждый момент времени y=jU, где U -мгновенная величина напряжения. При быстрых колебаниях из-за инертности зрения мы увидим на экране вертикальную светящуюся линию, длина которой пропорциональна удвоенной амплитуде переменного напряжения.

Приставка «СП» представляет собой компактное устройство, состоящее из нескольких генераторов, дающих напряжение различной частоты и формы, фазовращающейся цепочки и переключателей, с помощью которых тот или иной сигнал может подаваться на клеммы «выход» приставки «СП».

Соединение проводов показано схематично на рис. 10.

СХЕМА РАЗБОРКЕ НЕ ПОДЛЕЖИТ!

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ.

Выполнение работы Работа состоит из трех самостоятельных задач:

1. Градуировка чувствительности осциллографа.

2. Наблюдение сигналов различной формы и измерение их амплитуд.

3. Измерение частоты генератора методом фигур Лиссажу.

Градуировка чувствительности осциллографа

1. Отключают от осциллографа шнур, идущий от клемм «выход СП» к клеммам «Вход У» осциллографа.

2. Соединяют клемму «контр, сигнал» с клеммой «вход У». При этом на «вход У» осциллографа будет подано синусоидальное напряжение с частотой 50 Гц. и амплитудой U-6 В.

3. Ручку «усиление У» ставят в крайнее положение (на цифру 10). При этом светящаяся точка на экране вытягивается в вертикальную линию и может выйти за пределы экрана.

4. Устанавливают ручку «аттенюатор» в положение 1:10 или 1:100, ослабляя тем самым сигнал в 10 или 100 раз. Выбирают такое положение аттенюатора, при котором линия имеет максимальную длину, но не выходит за пределы экрана.

5. Ручкой «усиление X» развертывают изображение синусоиды на всю ширину экрана.

6. Если синусоида на экране «бежит», подбирают сначала такое положение ручки «частота плавно», чтобы движение было медленным или скачкообразным; поворачивая ручки «амплитуда синхронизации», добиваются полной остановки синусоиды.

7. Записывают в таблицу 1 величину удвоенной амплитуды сигнала в мм, показания ручки «аттенюатор» и значению амплитуды контрольного сигнала Ux в вольтах.

Таблица 1.

Положение ручки

«усиление У»

Положение ручки

«аттенюатор»

Удвоенная

амплитуда, (мм)

Чувствительность

j (мм)/(в)

1

1:100

2

16.7

2

1:100

6

50

3

1:100

10

83.3

4

1:100

14

116.7

5

1:100

18

150

6

1:100

20

166.7

7

1:100

24

200

8

1:100

26

216.7

9

1:100

30

250

10

1:100

34

283.3

8. Устанавливая последовательно ручку «усиление У» в положение 9, 8, 7, ... 2, 1 измеряют на экране и записывают в таблицу №1 величины удвоенной амплитуды (в миллиметрах). Для удобства измерений можно ручку «усиление X» вывести влево. Тогда синусоида стесняется в вертикальную прямую, длина которой пропорциональна амплитуде сигнала.

9. Для полученных 10-ти значений амплитуды рассчитывают чувствительность по формуле: j = l/2kU

где

1 - величина удвоенной амплитуды на экране ЭЛТ в мм;

Uk - амплитуда контрольного сигнала (Uk=6 В)

к - коэффициент ослабления аттенюатора (1, 1:10, 1:100).

J1 = l1/2kU = 2/(2*0.01*6) = 16.7 (мм)/(в)

J2 = l2/2kU = 6/(2*0.01*6) = 50 (мм)/(в)

J3 = l3/2kU = 10/(2*0.01*6) = 83.3 (мм)/(в)

J4 = l4/2kU = 14/(2*0.01*6) = 116.7 (мм)/(в)

J5 = l5/2kU = 18/(2*0.01*6) = 150 (мм)/(в)

J6 = l6/2kU = 2/(2*0.01*6) = 166.7 (мм)/(в)

J7 = l7/2kU = 24/(2*0.01*6) = 200 (мм)/(в)

J8 = l8/2kU = 26/(2*0.01*6) = 216.7 (мм)/(в)

J9 = l9/2kU = 30/(2*0.01*6) = 250 (мм)/(в)

J10 = l10/2kU = 34/(2*0.01*6) = 283.3 (мм)/(в)

10.Строят график зависимости чувствительности осциллографа от положения

ручки «усиление У».

11. Отключают клемму «контр, сигнал» от «входа У».

Наблюдение сигналов различной форме и измерение их амплитуд.

1. Подключают клеммы «вход У» к клеммам «выход СП» приставки.

2. Ручку осциллографа «аттенюатор» ставят в положение, соответствующее коэффициенту К.

3. Ручку осциллографа «усиление У» ставят в такое положение, чтобы вертикальная линия на экране занимала 1/4 - 1/2 диаметра экрана, а затем устанавливают на ближайшее целое деление.

4. Ручкой «усиление X» развертывают изображение на всю ширину.

5. Ручками «частота грубо» и «частота плавно» подбирают такую частоту генератора развертки, чтобы на экране получилось медленно движущееся изображение 3+5 периодов колебаний.

6. Ручкой «амплитуда синхр.» останавливают изображение.

7. Зарисовывают наблюдаемое изображение.

8. Измеряют амплитуду сигнала на экране (в мм) и рассчитывают ее в вольтах по формуле

Ux = l/2jk

где l - величина сигнала на экране ЭЛТ

j - чувствительность осциллографа (берется из графика задачи №1 согласно

положения ручки «усиление У»);

к - коэффициент ослабления аттенюатора при данном измерении.

U = l/2jk = 4/(2*16.7*0.01) = 12 В

U = l/2jk = 12/(2*50*0.01) = 12 В

U = l/2jk = 18/(2*83.3*0.01) = 10.8 В

U = l/2jk = 22/(2*116.7*0.01) = 9.4 В

U = l/2jk = 28/(2*150*0.01) = 9.3 В

U = l/2jk = 34/(2*166.7*0.01) = 10.2 В

U = l/2jk = 40/(2*200*0.01) = 10 В

U = l/2jk = 44/(2*216.7*0.01) = 10.2 В

U = l/2jk = 48/(2*250*0.01) = 9.6 В

U = l/2jk = 54/(2*283.3*0.01) = 9.5 В

9. Строят график сигналов различной формы, откладывая по оси абсцисс время t, по оси ординат Ux

10. Проделывают аналогичные измерения для положений переключателя 1, 2, 3, 4, 5, зарисовывая графики и указывая величину амплитуды.

Измерение частоты сигнала методом фигур Лиссажу

1. Устанавливают переключатель П1 в положение 3.

2. Ставят переключатель «множитель» на ЗГ в положение х10

3. Ручками «выход» и «усиление У» регулируют на экране изображение так, чтобы оно имело приблизительно одинаковые ширину и высоту 1/3 + 1/2 диаметра экрана.

4. Плавно вращая лимб «частота» ЗГ влево, наблюдают за положением кривых на экране.

5. Добиваются на экране изображения эллипса неподвижного или медленно движущегося.

6. При этом частота генератора ЗГ равна частоте исследуемого сигнала. Измеренную частоту записывают в таблицу 2.

7. Рассчитывают частоты кратные измеренной в отношениях 1:2, 1:3, 2:3, 2:1, 3:2.

Устанавливают эти частоты на ЗГ и наблюдают получаемые фигуры Лиссажу, добиваясь их неподвижности или медленного движения. Зарисовывают фигуры и записывают в таблицу 2 для каждой фигуры частоты сигналов и соотношение.

Таблица 2.

№ фигуры

Соотношение частот

Частота генератора (V)

1

1:1

50

2

1:2

25

3

2:1

100

4

3:2

75

5

2:3

33

ν = 50 Гц φ2 – φ1 = ± arcsin(XA/XB) = ± arcsin( 15/21 ) = 45.58

Вывод: Изучили устройство электронно-лучевого осциллографа типа С1-5 и ознакомились с некоторыми видами наблюдений и измерений, которые можно проводить с его помощью.

Соседние файлы в папке 2-ой семестр