1. Устройство и принцип действия осциллографа

Основным элементом осциллографа (рисунок 1) является электронно-лучевая трубка, представляющая стеклянный баллон, внутри которого создан высокий вакуум. В трубке размещена система электродов для образования и формирования электронного луча. Эта система, называемая электронной пушкой, состоит из подогревателя 1 и оксидного катода 2, испускающего электроны. Катод помещен внутри управляющего электрода (модулятора) 3. Модулятор представляет цилиндр с отверстием в торце. На модулятор подается потенциал, отрицательный относительно катода. В результате электроны, эмитируемые катодом, тормозятся и отталкиваются к оси трубки, собираясь в узкий пучок. При дальнейшем движении пучок, вследствие отталкивания электронов, снова расходится или расфокусируется. Для фокусировки пучка служат два анода 4 и 5, представляющие полые цилиндры, внутри которых расположены диафрагмы с отверстиями разных диаметров.

Оба анода имеют положительные относительно катода потенциалы, причем потенциал второго анода (ускоряющего) более высокий, чем первого (фокусирующего). Изменением потенциала первого анода пучок на экране осциллографа фокусируется в точку. При уменьшении отрицательного потенциала модулятора электроны в пучке тормозятся, тем самым уменьшая яркость пятна на экране осциллографа.

Для изменения направления электронного пучка за вторым анодом расположены две пары отклоняющих пластин 6 и 7. Напряжение на "X" пластинах смещает электронный луч в горизонтальном направлении, на "Y" пластинах - в вертикальном.

Рисунок 1 – Блок – схема осциллографа

Слабые исследуемые сигналы предварительно усиливаются имеющимися в осциллографе усилителями.

Различают два основных режима работы осциллографа. В первом случае на отклоняющие пластины "X" и "Y" подают два внешних сигнала. Во втором исследуется лишь один внешний сигнал, подаваемый на "Y" пластины. При этом на "X" пластины подается напряжение генератора развёртки осциллографа.

II Методика выполнения работы.

1. Наблюдение формы исследуемого сигнала.

Для наблюдения зависимости исследуемого сигнала от времени необходимо на "Y" пластины подать исследуемое напряжение U_y(t\ а на "X" пластины - напряжение развертки U_x(t) = kt, линейно изменяющееся во времени. Источником такого напряжения в осциллографе является генератор так называемого пилообразного напряжения. Под действием такого напряжения, форма которого показана на рис.2, пятно на экране будет перемещаться вдоль экрана с постоянной скоростью, а затем мгновенно возвращаться в исходное положение.

Рисунок 2 – Форма пилообразного напряжения

Если на "Y" пластинах напряжения нет, то луч будет прорисовывать на экране прямую линию, называемую осью времени или разверткой. если на Y пластины подать исследуемое напряжение, кратное по времени напряжению развертки, то на экране получается неподвижное изображение зависимости U_y(t). Из рис.3 становится понятным, как на экране формируется изображение синусоиды, когда периоды одинаковы. Если периоды обоих напряжений не кратны друг другу, то изображение на экране будет неустойчивым.

Рисунок 3 – Формирование изображения синусоиды при одинаковых

периодах

Устойчивость изображения достигается синхронизацией генератора развертки с исследуемым напряжением. Синхронизация обеспечивает постоянство и кратность частоты развертки частоте исследуемого периодического напряжения. Это осуществляется подачей на генератор развертки части исследуемого напряжения, которое управляет запуском пилообразного напряжения. Иногда возникает необходимость синхронизировать сигнал напряжением внешнего источника или сети переменного тока.

Управление осциллографом

Н а рисунке 4 показана передняя панель осциллографа.

Рисунок 4 – Передняя панель осциллографа

Элементы и ручки управления передней панели имеют следующие обозначения: 1 - "сеть" выключатель напряжения сети, 2 - "луч" - выключатель луча, 3 - сигнальная лампочка, загорается при включении в сеть, 4 "яркость" регулятор яркости, 5 "фокус" фокусирует пятно на экране, 6 - "ось Y вверх-вниз" регулятор вертикального смещения луча, 7 - "ось X вправо-влево" регулятор горизонтального смещения луча, 8" диапазон частот" переключатель диапазонов частот генератора развертки, 9 - "част ота плав­но" плавный регулятор частоты развертки, 10 "внутр-внеш-сеть" переключатель вида синхронизации, 11 "амплитуда синхронизации" - изменяет амплитуду синхронизирующего напряжения, 12 "ослабление" исследуемый сигнал может быть ослаблен в 10 или 100 раз, 13 - "усиление Y" - плавная регулировка усиления по вертикали, 14 - "усиление X" - плавная регулировка усиления по горизонтали, 15 - "вход Y' входная клемма усилителя вертикального отклонения луча, 16 - "вход X * - входная клемма усилителя горизонтального отклонения луча, 17 "кс" выход контрольного сигнала 50 Гц, 18 -- "земля" - клеммы общего провода, 19 -"вход синхр" входная клемма для подключения внешнего источника синхронизирующего сигнала.

На задней панели осциллографа имеются две пары гнезд для непосредственной подачи напряжения на "X" или "Y" пластины. Рядом с гнездами расположены тумблеры, позволяющие отключать от пластин трубки усилители горизонтального или вертикального отклонения. Гнездо, маркированное буквой "М", предназначено для подключения внешнего напряжения к модулятору.

Упражнение 1. Наблюдение формы сигнала

1. Собрать схему рисунок 5. Осциллограф ЭО работает в режиме развертки.

Рисунок 5 – Элементы панели осциллографа

1. От звукового генератора ЗГ подать напряжение на Y- вход осциллографа. Добиться хорошего устойчивого изображения сигнала, заполняющего весь экран.

1. При фиксированной частоте развертки, изменяя частоту звукового генератора, получить осциллограммы с кратностью в один, два и три периода.

2. При фиксированной частоте звукового генератора, изменяя длительность развертки, получить осциллограммы с кратностью в один, два и три периода.

5. Зарисовать осциллограммы, указав частоту исследуемого сигнала и длительность развертки.

Упражнение 2. Определение чувствительности трубк.

Если к вертикально отклоняющим пластинам трубки приложить синусоидальное напряжение, то размер изображения сигнала по вертикали будет пропорционален двойной амплитуде подводимого напряжения и зависит от чувствительности трубки.

Чувствительность трубки S численно равна отклонению (в мм или деле­ниях) пятна на экране, вызванного разностью потенциалов U на пластинах в 1 вольт, т.е. S=l/U (мм/Вольт). Обычно вольтметром измеряется эффективное напряжение, зная которое можно определить чувствительность.1 . Соберите схему рис.6, подключив клеммы выхода ЗГ к гнездам "Y" на задней панели осциллографа при выключенном генераторе развертки.

Тумблером под гнездами "Y" отключите пластины от усилителя.

2. По показаниям вольтметра ЗГ установите напряжение на выходе ЗГ U_эфф= 30 вольт.

3. Измерив величину отклонения луча, по формуле (1) вычислите S_y .

4. Определите чувствительность £_х, подав сигнал от 1Г на "X" пластины, аналогично определению S_y .