2 Електронно-променева трубка та принцип дії електронного осцилографа

В універсальних осцилографах застосовують електронно-променеві трубки (ЕПТ) з електростатичним формуванням і керуванням променя (рис. 12.2).

Типова однопроменева трубка (ЕПТ) це – скляний балон, з якого відкачане повітря і у якому розташовані катод, який підігрівається ( ), модулятор ( ), фокусуючи анод ( ), прискорюючий анод ( ), горизонтально відхиляючі пластини (ВП_x), вертикально відхиляючі пластини (ВП_y ), третій анод ( ). Можливі і інші додаткові електроди. Внутрішня поверхня дна балона (екран Е) покрита люмінофором, здатним світитися під дією бомбардування електронами. Сукупність електродів називається прожектором. Електронний прожектор випромінює вузький пучок електронів – електронний промінь, для цього на електроди прожектора подають відповідні напруги.

Зміною від’ємної відносно катода напруги на модуляторі можна змінювати інтенсивність електронного променя, тобто регулювати яскравість світіння люмінофора. Напруга на першому аноді фокусує потік електронів у вузький промінь, що дозволяє одержати на екрані трубки світлу пляму малого розміру. Якщо фокусування по осях трубки не однакове, то можливе спотворення осцилограми. Зазначене явище називають астигматизмом. У деякі ЕПТ для усунення астигматизму вводять спеціальні електроди. Висока додатна напруга, прикладена до другого аноду, забезпечує збільшення швидкості прольоту електронів до швидкості, необхідної для нормального світіння люмінофора. Сформований електронний промінь проходить між парами відхиляючих пластин ВП_x і ВП_y і під дією напруг, прикладених до цих пластин, відхиляється відповідно по осях координат X і Y, викликаючи зсув світлої плями на екрані трубки. Напруга, прикладена до пластин, може змінюватись і тим самим зміщувати промінь по екрану. (На рис. 12.2 показана спрощена схема керування початковим встановленням променя.) Анод призначений для додаткового прискорення електронів. Така необхідність виникає при дослідженні сигналів з малою частотою повторення або одиночних імпульсів, коли електронний промінь не встигає збудити в достатній мірі люмінофор і яскравість світіння може виявитися недостатньою. На анод подається більша додатна напруга.

Таким чином, як видно із принципу дії ЕПТ, при подачі змінної напруги на вертикально відхиляючі пластини, пляма, що світиться на екрані, буде переміщатися по вертикалі. Якщо це переміщення буде досить швидким (наприклад, ), то на екрані вийде вертикально світла пряма.

При подачі змінної напруги на горизонтальні відхиляючі пластини на екрані утвориться горизонтальна світла лінія.

При подачі сигналу на обидві пари пластин буде одночасне відхилення світної плями по вертикалі і горизонталі, а на екрані осцилографа висвітиться рисунок, що називається осцилограмою. Вид осцилограми залежить від характеру сигналів, що прикладаються до пластин.

Для впорядкованого спостереження досліджуваного сигналу (що прикладається до вертикальних пластин) у прямокутній системі координат, на горизонтально відхиляючі пластини подається частіше всього напруга , що лінійно зміняється в часі (рис. 4.3,а). Пляма, що світиться, у цьому випадку буде переміщатися по екрану горизонтально з постійною швидкістю.

Рис.12.2. Структурна схема електронно-променевої трубки

Рис.12.3. Формування осцилограми: а – при Т_р= Т_с; б – при Т_р<Т_с

Сигнал (напруга), що забезпечує горизонтальний рух променя, називають напругою розгортки, а слід, утворений променем на екрані ЕПТ під дією напруги розгортки, прийнято називати розгорткою. Розглянемо процедуру утворення зображення на екрані ЕПТ при впливі на пластини синусоїдального досліджуваного сигналу і лінійної напруги розгортання . При цьому, якщо період пилкоподібної напруги розгортання дорівнює періоду сигналу а тривалість зворотного ходу дорівнює нулю, то після закінчення першого циклу розгорнення світла пляма миттєво повертається у вихідне положення, а наступні цикли розгорнення зображення будуть накладатися на ті самі місця екрана, у результаті зображення буде нерухомим.

Якщо , то зображення сигналу не буде залишатися нерухомим. Нескладно простежити (рис. 12.3.б), що в цьому випадку буде створюватися відчуття руху зображення в одну або іншу сторону залежно від співвідношення або .

Таким чином, для забезпечення стійкого зображення необхідно виконати умову .

Зображення також залишиться стійким, якщо . У цьому випадку в одному періоді розгортки буде укладатися періодів сигналу.

Конструктивно забезпечити рівність періоду сигналу і напруги розгортання тривалий час складно через обмежену стабільність генераторів розгортання. Принципове рішення цього завдання можливо лише при синхронізації сигналу розгортання досліджуваним сигналом.