Lektsia_16

Лекція 16

Тема: «Електронні вимірювальні прилади. Типи, переваги. Електронно-променева трубка, типи, будова, робота».

Мета: «Розглянути основні типи електронно-променевих трубок, їх будову, застосування, переваги, принцип роботи осцилографічної трубки; навчитися розрізняти режими роботи осцилографа».

Література: Л1, ст. 488..492.

Основні питання:

1. Електронні вимірювальні прилади. Електронно-променева трубка, типи та переваги.

2. Будова і робота електронно-променевої трубки.

3. Режими роботи осцилографа. Фігури Ліссажу.

1. Електронні вимірювальні прилади. Електронно-променева трубка, типи та переваги.

Електронні прилади застосовуються в різних по своєму призначенню пристроях. Для настройки і контролю параметрів електронних пристроїв широко використовуються різноманітні вимірювальні прилади. В останні роки наряду зі звичайними (стрілочними) вимірювальними приладами , все ширше використовуються електронні прилади з цифровим відліком (цифровою індикацією). Типічним представником таких приладів являється електронний цифровий вольтметр. Для візуального спостереження електричних сигналів використовуються електронні осцилографи.

Електронно-променевий осцилограф — потужний засіб для налагодження електронних пристроїв, досліджень перехідних процесів, зняття динамічних характеристик. Осцилограф дозволяє візуально спостерігати на люмінесцентному екрані криві, що характеризують швидкоплинні перехідні процеси.

Ці прилади дозволяють по формі кривої коливань робити висновки про якість роботи генераторів та підсилювачів, виявляють похибки сигналу в різних блоках електронної апаратури.

Найважливіша частина електронного осцилографа — електронно-променева трубка, яка має у своєму складі електронний прожектор, відхилювальну систему та екран. Електронний прожектор створює вузький електронний промінь. За допомогою відхилювального пристрою вимірювана напруга керує рухом електронного променю, який відіграє роль практично безінерційної рухомої частини вимірювального приладу. Промінь попадає на покритий шаром люмінофора екран, на якому утворюється світлова пляма. При відхиленнях променя пляма пересовується по екрану і зображує криву досліджуваного процесу.

По своєму призначенню електронно-променеві трубки поділяються на три основні групи:

• Осцилографічні трубки, необхідні для дослідження швидкоплинних періодичних і аперіодичних процесів;

• Індикаторні трубки – для реєстрації сигналів;

• Приймаючі телевізійні трубки – кінескопи, які необхідні для отримання зображення на її екрані.

2. Будова і робота електронно-променевої трубки.

Основні елементи електронно-променевої трубки:

1. Електронна гармата, яка утворює вузький електронний пучок, напрямлений вздовж вісі трубки;

2. Відхиляюча система, яка необхідна для зміни напряму електронного пучка;

3. Екран, який має властивості світитися при бомбардуванні його електронними пучками.

Скляна колба електронно-променевої трубки має форму конуса, який переходить у циліндр (рис. 1). Електронний прожектор, який називають ще електронною гарматою, утворюється підігрівним катодом, керуючим електродом-модулятором М та двома анодами — А₁ та А₂. Катод розміщено всередині стаканчика модулятора, який має по центру свого донця отвір (діафрагму) для проходження електронів, емітованих катодом. Аноди мають також вигляд порожнистих циліндрів з діафрагмами. Між катодом та другим анодом А₂ подається висока напруга, — до 5000 В, а між катодом та анодом А₁ — до однієї третини від напруги між катодом та анодом А₂. На аноди подають "+", а на катод "-" анодної напруги. Потужне електричне поле, створене цими напругами, прискорює емітовані розігрітим катодом електрони і створює вузький електронний промінь. Електрони, що суттєво відхиляються від осі променя, затримаються діафрагмами анодів. На модулятор М подають від'ємну по відношенню до катода невелику напругу 20—500 В. Від'ємний потенціал модулятора, розташованого поблизу від катоду, повертає частину електронів назад, до катоду. Регулюючи напругу між модулятором та катодом можна змінювати кількість електронів у промені, тобто регулювати яскравість світлової плями на екрані трубки.

Рис. 1

Для відхилення електронного променя на екрані у горизонтальному та вертикальному напрямках між анодом А₂ та екраном розташовано дві пари відхилювальних пластин. Досліджуваний сигнал подають на вертикальні відхилювальні пластини у—у, що забезпечує пересування світлової плями на екрані по осі ординат. Горизонтально відхилювальні пластини х—х використовують для розгортки досліджуваної напруги по осі абсцис. Для цього на пластини горизонтального відхилення подають періодичну так звану пилкоподібну напругу. Імпульси цієї напруги створює спеціальний генератор лінійно змінної напруги (ГЛЗН). Передній фронт цих імпульсів є похилим і прямолінійним, а задній — майже провісний (рис. 2). Таким чином, якщо подати на пластини у—у досліджувану напругу, а на пластини х—х — пилкоподібну напругу, то світловий промінь накреслить на екрані криву (осцилограму) функціональної залеж­ності досліджуваної напруги від часу.

3. Режими роботи осцилографа. Фігури Ліссажу.

Електронний осцилограф можна звичайно використовувати у режимах внутрішньої або зовнішньої синхронізації, в автоматизованому режимі та у режимі спеціальної розгортки. Режим обирають зміною положення відповідного перемикача на лицьовій панелі осцилографа.

Рис. 2

В режимі внутрішньої синхронізації вхідна напруга и_вх одночасно подається через підсилювач до каналу пластин вертикального відхилення у—у (рис. 1) та на вхід ГЛЗН. Напруга з виходу ГЛЗН поступає на пластини горизонтального відхилення х—х, внаслідок чого світлова пляма починає пересовуватись на екрані по осі х. Одночасна подача напруги на пластини у—у та х—х приводить до відтворення на екрані осцилографа залежності и_вх = и_вх(t) у певному масштабі. Спеціальним пристроєм затримки можна зсунути по фазі на час ∆t напругу и_х, що поступає на пластини х—х, від фактичної вхідної напруги и_вх(рис. 2, а). Змінюючи час ∆t поворотом відповідного регулятора на лицевій панелі осцилографа, можна зсовувати зображення функції и_х(t) на екрані вздовж осі х.

В режимі зовнішньої розгортки для запуску ГЛЗН використовують зовнішній генератор імпульсів синхронізації, який дає імпульси напруги и_с з деяким випередженням ∆t по відношенню до вхідного сигналу и_вх (рис. 2, б).

В автоматичному режимі ГЛЗН видає періодично імпульси пилоподібної напруги і, якщо їх частота співпадає з частотою вхідного сигналу и_вх, на екрані спостерігається нерухоме зображення залежності и_вх(t) (рис. 2, в). Частоту імпульсів ГЛЗН можна змінювати за допомогою регулятора на лицевій панелі осцилографа.

В режимі спеціальної розгортки на пластини х—х можна подати, наприклад, синусоїдну напругу промислової частоти и_х, а на пластини у—у — досліджувану синусоїдну напругу и_у. Якщо частоти і фази обох напруг співпадають, то на екрані з'явиться зображення прямої лінії (рис. 3, а), а якщо співпадають до того ж й амплітуди обох напруг і фазовий зсув між ними дорівнює 90° — на екрані виникає зображення кола (рис. 3, б). Якщо ж фази напруг и_х та и_у зсунені на кут 0 < ѱ < 90°, — на екрані виникає зображення еліпса (рис. 3, в). Залежно від співвідношення частот напруг на входах осцилографа на екрані спостерігаються різні фігури (рис. 3), так звані фігури Ліссажу, що дає можливість проводити деякі спеціальні вимірювання. Наприклад — порівняння частот напруг на входах осцилографа.

Рис. 3

Осцилографи широкого застосування дозволяють здійснювати індикацію сигна­лів (напруг) з амплітудою від одиниць мілівольт до сотень вольт у частотному діапазоні від постійного струму до сотень мегагерц. При цьому похибка вимірювання миттєвих значень напруг досліджуваного сигналу та відповідних часових інтервалів шляхом безпосереднього відліку з екрану — не більше (3÷5)%. Сучасні осцилографи споряджають вбудованим швидкодіючим цифровим вольтметром та генератором, що формує пилкоподібну напругу для розгортки досліджуваного сигналу в часі цифровим методом, що дозволяє виводити на екран осцилографа у цифровій формі значення координат будь-якої точки на екрані з похибкою (0,05÷0,5) %. Існують також електронні осцилографи, які дозволяють спостерігати одночасно на екрані від двох до десяти вхідних напруг.

Контрольні питання:

1. Що представляє собою електронний осцилограф?

2. Що таке електронно-променева трубка?

3. На які групи поділяються електронно-променеві трубки?

4. В чому особливості будови осцилографічної електронно-променевої трубки?

5. Як працює електронно-променева трубка?

6. Назвіть основні режими роботи електронного осцилографа?

7. Як отримати фігури Ліссажу?

5