Теоретичні відомості

Будова та принцип дії електронно-променевого осцилографа. Осцилограф призначений для дослідження (спостереження і запису) форми електричних напруг та вимірювання їх параметрів використовується для дослідження змінних у часі будь-яких фізичних величин (струму, напруги, частоти тощо) після перетворення їх в зміну електричної напруги.

Одним із основних вузлів осцилографа є електронно-променева трубка (ЕПТ) (рис.8.1). ЕПТ складається з електронної гармати, електродів для управління яскравістю і фокусом, відхиляючих пластин і флуоресцентного екрана.

Трубки випускаються з електростатичним і електромагніт-ним управлінням. Електронну гармату утворюють підігрівач катода, катод (джерело електронів) і декілька прискорюючих анодів.

Поблизу флуоресцентного екрану встановлений анод, на який подається висока позитивна напруга. Під дією цієї напруги електрони рухаються з прискоренням від катода до анода. Для одержання розгорнутої в часі досліджуваної напруги на екрані осцилографа в ЕПТ розміщено пари пластин: вертикально та горизонтально відхиляючі пластини (на рис.8.1 Y-Y та Х-Х). Якщо на обох парах пластин напруга відсутня, то потік електронів (електронний промінь) від катода попаде в центр екрана і буде висвічувати точку в флуоресцентному шарі.

Якщо на вертикальні пластини подати підсилений досліджуваний сигнал, а на горизонтальні – “пилкоподібну” напругу розгортки від генератора напруги розгортки, то в результаті електронний промінь відобразить на екрані залежність досліджуваного сигналу від часу (рис.8.2.).

Вертикальне зміщення електронного променя задається величиною сигналу, який поступає на вхід осцилографа, а горизонтальне – “пилкоподібним сигналом”, частоту якого (частоту розгортки) можна міняти, підбираючи її так, щоб зручно було спостерігати форму вхідного сигналу.

Рис.8.1. Спрощена структурна схема осцилографа

   

Рис.8.2. Досліджувана напруга на екрані в ЕПТ в режимі лінійної розгортки

 

Принцип дії осцилографа. Досліджувана напруга подається на вхід Y каналу вертикального відхилення і попадає на вхідний атен’юатор (послаблювач), який зменшує напругу до такої міри, щоб вона підсилювалась підсилювачем без спотворення та обмеження. Підсилювач вертикального відхилення підсилює сигнал до величини, необхідної для відхилення променя по вертикальній осі.

З підсилювача вертикального відхилення на вхід схеми синхронізації при положенні 2 перемикача S₁ подається напруга пропорційна досліджуваній, і в момент (t₁+nT_C), переходу напруги через нуль в схемі синхронізації виробляється короткий імпульс, який надходить в схему управління розгорткою і запускає генератор пилкоподібної (розгортаючої) напруги. Пилкоподібна напруга, підсилена підсилювачем горизонталь-ного відхилення, при положенні 1 перемикача S₂ надходить на горизонтально відхиляючі пластини ЕТП. Такий вид синхронізації називається внутрішньою синхронізацією.

Якщо перемикач S₁ перевести в положення 3 , то синхронізацію можна здійснити від зовнішнього сигналу, безпосередньо не зв’язаного з досліджуваною напругою. В положенні 1 перемикача S₁ синхронізація здійснюється напругою мережі.

Від схеми управління розгорткою на передню панель виведені ручки, за допомогою яких можна зсувати промінь догори – донизу або направо – наліво на екрані осцилографа.

При положенні X перемикача S₂ на вхід підсилювача горизонтального відхилення можна подавати напруги від інших джерел. При цьому генератор пилкоподібної напруги від входу підсилювача відключається.

Якщо подавати на ”Вхід Y” і ”Вхід X” синусоїдні напруги, то на екрані висвічуються так звані фігури Ліссажу (рис.8.3), форма яких залежить від співвідношення частот поданих напруг.

Для вимірювання параметрів сигналів за допомогою осцилографа необхідно знати масштаби їх зображень по верти-кальній та горизонтальній осям екрана осцилографа. Ці масштаби визначаються положеннями ручок подільників (атен’юаторів), які знаходяться перед підсилювачами верти-кального (Y) та горизонтального (X) відхилення, і коефіцієнтами підсилення підсилювачів.

 Хід виконання вимірювань

1. Ознайомлення з будовою і принципом дій електронно-променевого осцилографа.

2. Подайте на вхід осцилографа сигнал від генератора періодичних сигналів. Проведіть дослідження вхідних сигналів при наступних режимах роботи синхронізації:

Натисніть кнопку “СИНХРОНИЗАЦИЯ ВНУТР.”. Тривалість розгортки встановіть відповідну очікуваному періоду сигналу, ручку “СТАБ.” поставте в середнє положення. Кнопку “+–” встановіть в необхідне положення (при синхронізації позитивним сигналом кнопка відпущена, при синхронізації негативним сигналом – натиснута). Встановіть розмір зображення на екрані не менше трьох поділок та маніпуляцією ручками “СТАБ." і “РІВЕНЬ” досягніть стійкості зображення і початку розгортки в бажаній точці зображення знайденого сигналу.

Примітка. Необхідно пам’ятати, що в деяких випадках неможливо добитися стійкої синхронізації: за наявності більше двох переходів досліджуваного сигналу через рівень синхронізації за період (за наявності шумів і перешкод в досліджуваному сигналі).

Для синхронізації розгортки натисніть кнопку “СИНХРОНІЗАЦІЯ ВНЕШ.” і подайте зовнішній синусоїдний сигнал від генератора напруги на гніздо “Х”. Встановіть положення кнопки “+– ”.

Для синхронізації від мережі необхідно натиснути кнопку “СИНХРОНІЗАЦІЯ МЕРЕЖІ ”.

3. Отримати зображення одного періоду сигналу в кожному режимі. Зарисувати осцилограми сигналів в масштабі 1:1. Не змінюючи параметрів вихідного сигналу отримати стійке зображення на екрані осцилографа двох і п’яти періодів синусоїдного сигналу в режимі розгортки.

4. Здійснити вимірювання наступних параметрів сигналу:

5. Вимірювання часових інтервалів в режимі лінійної розгортки.

Вимірюваний часовий інтервал встановити в центрі екрана за допомогою ручки “↔”. Кнопки тривалості розгортки і множника тривалості встановіть в таке положення, щоб інтервал часу, що вимірюється, займав довжину на екрані не менше чотирьох поділок шкали. При більшій довжині інтервалу точність вимірювань збільшується. Вимірюваний часовий інтервал визначається добутком трьох величин: довжини вимірюваного інтервалу часу на екрані в поділках шкали часу n_t, на значення 1 поділки шкали lt в відповідності з натисненою кнопкою тривалості розгортки і значення коефіцієнта тривалості розгортки КР в відповідності з положенням кнопок “0,5” і “0,2” (обидві кнопки відпущені – коефіцієнт розгортки рівний 1, натиснута кнопка “0,5” – відповідає коефіцієнту 0,5; натиснута кнопка “0,2” – відповідає коефіцієнту 0,2):

. (8.1)

Вимірювання амплітуди сигналу в режимі лінійної розгортки. Вимірювання амплітуди досліджуваного сигналу U_mх виконується наступним чином. На вхід підсилювача вертикального відхилення подається досліджуваний сигнал. Ручка “ ” повинна бути в крайньому правову положенні. За допомогою ручок “ ↕ ” і “↔” сигнал суміщається з потрібними поділками шкали і вимірюється висота зображення по вертикалі в поділках .

Величина амплітуди досліджуваного сигналу в мілівольтах буде рівна добутку виміряної величини зображення в поділках nU, помножену на чутливість підсилювача кП (у відповідністю з натисненою кнопкою чутливості) і на кратність вхідного атен’юатора кД.

Вимірювання частоти. Частота сигналу f в режимі ліній-ної розгортки визначається за формулою:

, (8.2)

де f – частота сигналу в Гц; n – ціле число періодів сигналу, які найближче вкладаються в 10 поділок шкали; l – число поділок шкали, яке займає ціле число періодів сигналу n; TP – тривалість розгортки осцилографа, при якій відбувається вимірювання частоти сигналу, в секундах.

6. Результати вимірювань занести до таблиць 8.2…8.5.

Таблиця 8.2

Технічні характеристики засобів вимірювання

Назва засобу вимірювання	Тип (система)	Метрологічні характеристики приладу

 

Таблиця 8.3

Вимірювання амплітуди і періоду сигналу

№	nt	lt	КР	Tс	nU	кП	кД	Um
	Под..	с		с	Под..			mV

 

Обробка результатів вимірювання

Лабораторна робота №8

Тема роботи: оцінка інтенсивності g- випромінювання

Мета роботи: оволодіти теоретичними та практичними навичками оцінки інтенсивності g- випромінювання