17

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ДИЗАЙНА И ТЕХНОЛОГИИ

КАФЕДРА ФИЗИКИ

С.М.РАЗИНОВА, И.П.ШАПКАРИН, О.Н.ГЛАГОЛЕВА

Методические указания к лабораторной работе №83 «изучение электронного осциллографа»

Утверждено в качестве методического пособия

Редакционно-издательским советом МГУДТ

МГУДТ 2003

УДК 53 (075.8)

Р – 24

Ш - 24

Г- 3

Куратор РИС Козлов А.С.

Работа рассмотрена на заседании кафедры физики и рекомендована к печати.

Зав. кафедрой Шапкарин И.П.

Автор: С.М.Разинова, доц.

И.П.Шапкарин, к.т.н., доц.

О.Н.Глаголева, к.ф.-м.н., доц.

Рецензент: Бочаров В.Г., д.т.н., проф..

Р-24 Разинова С.М.. Изучение электронного осциллографа: методические указания./ Разинова С.М.,Шапкарин И.П., Глаголева О.Н. – М.: ИИЦ МГУДТ, 2003 – 20 стр.

Методические указания содержат описание устройства осциллографа и назначение его элементов, наблюдение на экране осциллографа развертки переменного напряжения от сети, градуировку генератора развертки по частоте при помощи звукового генератора, определение частоты переменного напряжения в сети с помощью градуировочных графиков, определение частоты переменного напряжения по фигурам Лиссажу, градуировку канала по чувствительности.

Для студентов 1-2 курсов всех специальностей.

УДК 53 (075.8)

© Московский государственный университет

дизайна и технологии, 2003

Лабораторная работа №83

«Изучение электронного осциллографа»

Цель работы: знакомство с принципами устройства и действия электронного осциллографа и проведение измерений некоторых физических величин с помощью осциллографа.

Приборы и принадлежности: электронный осциллограф, звуковой генератор (ЗГ), вольтметр (на панели ЗГ), понижающий трансформатор.

Введение

Электронный осциллограф

Электронный осциллограф широко применяется для изучения различных процессов, переменных во времени. Современные методы позволяют преобразовать переменные физические величины в пропорциональные им электрические напряжения. Поэтому осциллограф может применяться и для изучения зависимостей между любыми физическими величинами: механическими, оптическими, термодинамическими и т. д.

Основными блоками электронного осциллографа являются:

- электронно-лучевая трубка (ЭЛТ);

- усилители входных напряжений У_х и У_у;

- генератор развертки (ГР), блок питания (БП) и синхронизирующее устройство (СУ).

Блок-схема осциллографа приведена на рис. 1.

Рассмотрим устройство и назначение отдельных блоков осциллографа.

Электронно-лучевая трубка

Устройство и условное обозначение электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) на схемах показано на рис. 2. Она предназначена для формирования электронного луча и преобразования электрического сигнала в видимый сигнал на экране осциллографа.

Стеклянный баллон трубки имеет цилиндрическую форму с конусообразным расширением. Воздух из баллона выкачан до давления порядка 10^-6 мм. рт. ст. На внутреннюю поверхность конуса нанесен люминесцирующий экран (ЛЭ) - слой вещества, способного давать свечение под ударами электронов. В цилиндрической части трубки расположен ряд электродов, общее назначение которых - создавать узкий поток летящих с большой скоростью электронов (электронный луч) и направить его на люминесцирующий экран. На экране при этом возникает светящаяся точка (световое пятно), которое представляет собой след электронного луча. Выводы электродов делаются, как правило, на штырьки цоколя трубки, расположенного на концах цилиндрической части.

Катод К - косвенного канала представляет собой небольшой никелевый цилиндр, на донышко которого нанесен оксидный слой. Внутри катода вставлен вольфрамовый подогреватель Н. Вокруг катода располагается управляющий электрод (УЭ) цилиндрической формы с отверстием в донышке. Он служит для предварительной фокусировки электронного луча и регулировки его яркости.

На управляющий электрод подается небольшой (порядка нескольких десятков вольт) потенциал, отрицательный относительно катода. Вследствие этого он пропускает только те электроны, которые вылетают из катода под небольшим углом к оси трубки. С увеличением отрицательного напряжения на управляющем электроде все большее количество электронов возвращается на катод, и, наконец, электронная трубка запирается. Таким образом можно регулировать количество электронов в электронном луче, а следовательно, и яркость пятна на экране. Управляющий электрод иногда называется модулятором, он служит подобно сетке триода для управления плотностью электронного потока.

Следующие электроды А₁ и А₂ также цилиндрической формы являются анодами . Анод А₁ называется фокусирующим , а анод А₂ - ускоряющим . На анод А₁ подается сравнительно небольшое положительное относительно катода напряжение (150-400 В), на анод А₂ - большое положительное напряжение (800-3000В). Под действием электростатического поля между катодами и ускоряющим анодом электроны, вылетающие с катода, приобретают значительную скорость в направлении экрана.

Система двух анодов служит также для фокусировки электронного потока, так как неоднородное электрическое поле в пространстве между анодами, действуя на электронный поток, сжимает его. Чем больше разность потенциалов между анодами, тем лучше фокусируется электронный луч. Регулировка производится изменением потенциала первого анода, потенциал второго анода остается постоянным.

Система, состоящая из катода, управляющего электрода и анодов называется электронной пушкой .

На пути электронного луча поставлены две пары взаимно перпендикулярных пластин П_х и П_у . Эти пластины образуют два конденсатора очень небольшой емкости. Когда на пластины не подано напряжение, то они не влияют на поток электронов. Если же подать на ту или другую пару пластин напряжение, то электронный луч будет отклоняться в сторону положительной пластины. Это объясняется тем, что электроны, пролетая между пластинами, попадают в поперечное электрическое поле данной пары пластин, под действием которого они двигаются по параболическим траекториям, а выйдя из поля - прямолинейно, по инерции. На рис. 3 изображена траектория электрона (заряд е), влетевшего в однородное поле плоского конденсатора с напряженностью Е. ₀ - начальная скорость электрона, F_э - сила, действующая на электрон со стороны электрического поля, равная F_э=eE. Силой тяжести mg электрона пренебрегаем, так как она мала по сравнению с F_э.

Итак, под влиянием поля отклоняющих пластин, электронный луч получает угловое отклонение от своего первоначального направления и светящееся пятно перемещается по экрану. Если напряжение подано на горизонтально расположенные пластины П_у, то луч отклоняется в вертикальном направлении, поэтому пластины П_у называются пластинами вертикального отклонения (рис. 2). Пластины П_х - называются пластинами горизонтального отклонения , т. к. они отклоняют луч в горизонтальном направлении.

Чем больше напряжение, поданное на отклоняющие пластины, тем больше отклоняется луч от первоначального направления, тем больше смещается светящееся пятно на экране.

Величину отклонения пятна на экране при изменении напряжения на отклоняющих пластинах на 1 В называют чувствительностью осциллографа к напряжению. Таким образом, чувствительность канала У к напряжению равна

j_y = у/U_y , ( 1 )

где у - отклонение пятна на экране в мм под действием напряжения u _y , поданного на пластины П_у (рис.3).

Величина j_y зависит от чувствительности электронно-лучевой трубки j_yт и коэффициента усиления усилителя канала Y.

Величина j_ут зависит от режима работы ЭЛТ и некоторых геометрических параметров трубки:

j_ут = l·l_пл /2d u_a , ( 2 )

где l_пл - длина пластины (рис. 3);

l - расстояние от середины пластины до экрана;

d - расстояние между пластинами и u_a - напряжение ускоряющего анода А₂ .

Зная чувствительность j_у по формуле ( 1 ) можно определить с помощью осциллографа мгновенное значение любого периодически меняющегося напряжения. Этот способ имеет существенные преимущества перед другими способами измерения напряжения.

При подведении напряжения одновременно к обеим парам пластин электронный луч находится под действием двух отклоняющих сил. В этом случае световое пятно на экране описывает результирующую траекторию, вид которой зависит от характера изменения во времени подаваемых на обе пары пластин напряжений.

Это свойство ЭЛТ лежит в основе разнообразных применений осциллографа, т. к. позволяет наблюдать на его экране кривую, изображающую зависимость между различными физическими величинами. Действительно, если на пластины П_у подать периодическое напряжение, пропорциональное величине «К», а на пластины П_х периодическое напряжение, пропорциональное величине «М», то траектория пятна на экране y=f(x) будет воспроизводить зависимость K=f(M).

Генератор развертки

Генератор развертки (ГР) предназначен для получения на экране осциллографа развертки напряжения во времени , т. е. кривой, выражающей зависимость исследуемого напряжения от времени t.

Для получения такой зависимости на горизонтально отклоняющие пластины П_х надо подать напряжение, изменяющееся пропорционально равномерно текущему времени (рис. 4).

Под действием этого напряжения световое пятно за время t будет перемещаться по экрану в горизонтальном направлении с постоянной скоростью.

Если при этом на вертикально отклоняющие пластины П_у подать изучаемое напряжение u _у , то пятно будет описывать кривую, изображающую зависимость этого напряжения от времени u_y =f(t) (рис. 5).

Напряжение развертки, подаваемое на пластины П_х ,называют пилообразным. Падение напряжения за время t₂ соответствует обратному ходу луча, во время которого луч гасится.

Источником пилообразного напряжения служит генератор развертки, являющийся одним из блоков осциллографа . Рассмотрим устройство и принцип работы простейшего генератора пилообразного напряжения, схема которого представлена на рис. 6.

Основной частью генератора является неоновая лампа НЛ, состоящая из стеклянного баллона, наполненного неоном. В баллон впаяно два электрода. Основной особенностью неоновой лампы является то, что она начинает проводить ток только при определенной разности потенциалов u₃ (напряжения зажигания), при которой происходит пробой газового промежутка между электродами лампы.

При замыкании ключа К (рис. 6) конденсатор С медленно заряжается от батареи Е, при этом напряжение u ( u=u_с ) на электродах лампы возрастает, что соответствует на графике рис. 7 промежутку времени t₁ . В момент, когда напряжение на конденсаторе достигает напряжения зажигания u₃ , лампа «зажигается», и через нее начинает проходить электрический ток. С этого момента происходит разрядка конденсатора, завершающаяся за время t₂ , что сопровождается уменьшением напряжения между электродами до значения напряжения гашения u_г . Лампа гаснет и конденсатор начинает заряжаться снова. Таким образом, лампа будет периодически вспыхивать через определенные промежутки времени, а на обкладках конденсатора будет создаваться напряжение близкое к пилообразному, частоту которого можно менять путем изменения сопротивления R и емкости конденсатора С, причем, с ростом произведения RС частота пилообразного напряжения уменьшается.

Недостатком рассмотренной схемы является нелинейность нарастания напряжения при разрядке конденсатора в ГР. Для устранения этого недостатка используют особые электронные устройства, дающие возможность уменьшить разность между напряжениями u₃ и u_г , что позволяет выбрать наиболее подходящий участок характеристики (рис. 8).

Полученное в генераторе развертки пилообразное напряжение подается на пластины П_х электронно-лучевой трубки. Исследуемое напряжение внешнего источника подводится к пластинам П_у.

Если частоты напряжений _у и _раз достаточно малы, мы можем наблюдать движение точки на экране. При увеличении частоты _у и _раз вследствие световой инерции экрана и способности нашего глаза сохранять некоторое время полученное световое ощущение, на экране будет получатся непрерывная кривая.

Если исследуемое внешнее напряжение меняется по синусоидальному закону, траектория точки на экране будет представлять собой синусоиду (рис. 5). Сопоставляя рис. 5 и 6 можно заметить, что кривая зависимости u_y =f(t) воссоздается не полностью. Часть кривой не воспроизводится за счет обратного хода луча. Очевидно, режим работы генератора развертки должен быть выбран так, чтобы время t₂ было по возможности меньше.

Чтобы кривая на экране была неподвижна, с каждым новым циклом изменения напряжения развертки луч должен прочерчивать одну и ту же траекторию на экране. Для этого период развертки должен быть кратен периоду исследуемого напряжения, т. е.:

T_раз= n  T_y , или _y =n_раз ( 3 )

Соотношение ( 3 ) дает возможность использовать осциллограф для определения частоты исследуемого переменного напряжения, поданного на П_у , если известна частота генератора развертки. Причем исследуемое периодическое напряжение может изменяться со временем по любому закону.

Сложение взаимно-перпендикулярных

синусоидальных напряжений

На экране осциллографа можно наблюдать сложение напряжений, различных по форме. Особый интерес представляет сложение двух синусоидальных напряжений, так как с помощью полученных при этом фигур можно определять частоту исследуемого гармонического колебания и разность их начальных фаз.

При подведении двух синусоидальных напряжений одновременно к пластинам вертикального и горизонтального отклонения результирующая траектория будет представлять собой сложную фигуру, форма которой будет зависеть от амплитуды, частоты, разности фаз обоих слагаемых переменных напряжений. Эти фигуры называют фигурами Лиссажу.

Выведем уравнение траектории движения светового пятна на экране для случая, когда на обе пары отклоняющих пластин подано переменное напряжение одинаковой частоты . Выберем начало отсчета времени так, чтобы начальная фаза одного из напряжений была равна нулю. Тогда уравнения колебаний пятна запишутся следующим образом:

x = x_mcost , y = y_m  cos(t + ) , ( 4 )

где  - разность фаз обоих колебаний;

x_m и y_m - амплитудные значения отклонений луча под действием напряжений u_х и u_у соответственно.

Исключим из этих уравнений параметр t. Для этого выразим:

cos t = х/х_m , sint = √1-(x² / х_m² ) ( 5 )

Во втором уравнении ( 4 ) развернем косинус по формуле для косинуса суммы и затем заменим cos t и sint их значениями из (5). Получим:

y/y_m = (х/х_m) cos  - sin  √1 - (x² / х_m² ) ( 6 )

Уравнение ( 6 ) можно привести к иному виду, перенеся (х/х_m) cos  влево и возведя обе части в квадрат:

(x² / х_m² ) + (y²/y_m² ) - 2(хy/х_m y_m) cos = sin² ( 7 )

Из аналитической геометрии известно, что уравнение типа ( 7 ) является уравнением эллипса, оси которого ориентированы относительно координатных осей Х и У произвольно. Из него следует, что ориентация эллипса и размер его полуосей зависят сложным образом от амплитуд x_m и y_m и разности фаз .

Исследуем форму траектории для двух простейших случаев.

1. Разность фаз =0. В этом случае ( 7 ) имеет вид:

х/х_m =  y/y_m ( 8 )

Уравнение ( 8 ) является уравнением прямой линии. Световое пятно на экране перемещается по этой прямой. При равенстве амплитуд складываемых колебаний, т. е. x_m = y_m , прямая будет наклонена по отношению к осям под углом 45.

2. Разность фаз =/2. В этом случае уравнение ( 7 ) переходит в уравнение эллипса, приведенного к координатным осям

x² / х_m² + y²/y_m² = 1 ( 9 )

Причем, полуоси эллипса равны соответствующим амплитудам колебаний. В случае равенства амплитуд эллипс превращается в окружность.

Если частоты перпендикулярных колебаний не одинаковы, то траектория результирующего движения имеет более сложный вид. Чтобы картина результирующего движения была устойчивой и не менялась во времени, необходимо, чтобы отношение частот выражалось отношением целых чисел.

На рис. 9 показаны фигуры Лиссажу, полученные при различных начальных фазах и разных отношениях частот. Из этого рисунка видно, что по виду фигур можно судить о разности фаз напряжений, подаваемых на пластины П_х и П_у , а также определять кратность частот этих напряжений, что позволяет рассчитать частоту одного из складываемых напряжений, зная частоту другого. Для этого проводим мысленно прямые, параллельно осям Х и У, касательные к полученной фигуре. Затем , подсчитав число касаний с горизонтальной осью m_х и число касаний с вертикальной осью m_у , составляем соотношение m_х / m_у , которое называется кратностью фигуры. Кратность фигуры и частоты напряжений _х и _у , поданные соответственно на пластины П_х и П_у , связаны соотношением:

m_x /m_y = _y /_x ( 10 )

Примеры построения фигур Лиссажу.

Рассмотрим несколько примеров построения фигур Лиссажу. На рис. показано сложение двух взаимно-перпендикулярных колебаний, имеющих одинаковые частоты, амплитуды и разность фаз, равную нулю. Две синусоиды, построенные по осям Х и У, как на осях времен, представляют собой зависимость смещения пятна на экране осциллографа от времени под действием приложенных к обеим парам пластин напряжений. Периоды этих синусоид равны.

Точки 0, 1, 2, 3, 4 на синусоидах показывают мгновенные значения смещений пятна по направлению Х и У через ¼ периода и соответствуют одним и тем же моментам времени. Результирующее смещение, как видно из рис. , будет происходить по прямой. Точки 0, 1, 2, 3, 4 на прямой указывают последовательные положения светового пятна на экране через ¼ периода. При х_m = y_m прямая наклонена к осям под углом 45⁰.

Аналогично произведено построение результирующей траектории пятна для случая сложения колебаний одинаковой частоты с разностью фаз, равной π/2 (рис…..). При х_m = y_m наблюдается окружность.

При сложении колебаний с разными частотами фигуры будут более сложными. На рис……….. показана траектория, полученная при соотношении частот складываемых напряжений 1 : 2 и разности фаз, равной нулю. За то время, пока по оси У совершается одно полное колебание, по оси Х произойдет два полных колебания. При соотношении частот 2 : 3 на экране получается фигура, изображенная на рис…..

Чтобы картина результирующего колебания была устойчивой и не изменялась со временем, необходимо, чтобы отношение частот складываемых колебаний было равно отношению целых чисел.

Порядок выполнения работы

Задание 1.Изучение панели управления электронного осциллографа ЭОУ.

Электронные осциллографы различных типов имеют свои конструктивные особенности и, в соответствии с этим, различное расположение элементов управления. Однако, основные принципы управления рабочими блоками осциллографа повторяются во всех конструкциях.

Панель управления осциллографа ЭОУ (электронный осциллограф учебный) расположена на его верхней поверхности.

Управление электронным лучом осуществляется с помощью четырех ручек, имеющихся в осциллографе любого типа.

Ручка «яркость» изменяет яркость пятна на экране. Вращая эту ручку, изменяют с помощью потенциометра R₁ (рис. 1) отрицательное напряжение на управляющем электроде УЭ.

Ручка «фокус» предназначена для фокусировки светового пятна на экране соответственно вдоль оси Х и вдоль оси У. При вращении этих ручек изменяется постоянное напряжение, подаваемое на пластины П_х .

Ручка «диапазон частот» переключает частоту скачкообразно в пределах от 10 Гц до 18 кГц. Этот интервал разбит на 6 диапазонов. Переключение с одного диапазона на другой соответствует изменению емкости С конденсатора в схеме генератора развертки (рис. 6).

Ручка «частота плавно» меняет частоту развертки в заданном диапазоне с помощью переменного сопротивления R (рис. 6).

Изображение на экране трубки должно быть неподвижным для удобства рассмотрения формы сигнала. Для этого начало пилообразного напряжения должно постоянно приходиться на одну и ту же точку периода входного сигнала, а частота сигнала должна быть кратна частоте развертки. Однако напряжение генератора развертки не стабильно по частоте. Чтобы устранить этот недостаток, надо генератор развертки синхронизировать (т. е. согласовать по времени) с частотой исследуемого напряжения.

Синхронизация осуществляется с помощью исследуемого сигнала или напряжения от внешнего источника переключателем «синхронизация». Переключатель имеет три положения: «внутреннее», «от сети» и «внешнее». Ручкой «синхронизация» можно плавно изменять величину синхронизирующего напряжения.

Во избежании искажения формы исследуемого сигнала напряжение синхронизации должно быть минимально необходимым .

Ручки «усиление Х» и «усиление Y» , связаны с усилителями каналов Y и Х (рис. 1). При вращении этих ручек меняется чувствительность каналов и, соответственно, линейные размеры изображения на экране по вертикали и горизонтали (1,2). Кроме того, канал У снабжен переключателем «ослабление».

Переключатель «ослабление» связан с делителем напряжения, установленным на входе канала Y. С помощью этого переключателя можно ослабить исследуемый сигнал в 10 и 100 раз.

На лицевой панели осциллографа находятся: тумблер, включающий осциллограф; сигнальная лампочка, которая горит, если прибор включен; входные клеммы каналов Y и Х, к которым подключается напряжение от внешних источников, подводимых к пластинам П_х и П_у ; люминесцирующий экран.

Изучив расположение и назначение ручек управления осциллографа, следует приступить к его включению. Включение осциллографа производится в следующем порядке:

1. Включить вилку шнура в сеть с напряжением 220 В. Ручки управления установите в следующие положения:

«яркость» - крайнее правое положение;

«фокус» - в среднее положение;

«усиление Y» - в крайнее левое положение;

«усиление Х» - в крайнее левое положение;

ручки смещения луча «смещение Y», «смещение Х» - в среднее положение, переключатели «диапазоны» - в положение 0;

ручку «синхронизация» установите в положение «внутр»;

«ослабление» - в положение 1:1.

2. Тумблер «сеть» установите в положение «вкл», при этом должна загореться сигнальная лампочка.

3. Через 1-3 мин. после включения осциллографа на экране появляется яркое пятно. Для приведения луча в центр экрана медленно поворачивайте ручку «смещение Y» (сдвиг луча по вертикали) до тех пор, пока пятно не появится на экране трубки. Сдвиг луча по горизонтали производится ручкой «смещение Х». Затем следует ручкой «фокус» установить четкое изображение пятна, уменьшая одновременно его яркость.

Не следует оставлять луч (пятно) на экране неподвижным длительное время, так как это приводит к прогоранию экрана .

4. Переведите ручку «диапазон частот» в положение «30». Поверните ручку «усиление Х» немного вправо, убедитесь, что луч выписывает горизонтальную прямую под действием пилообразного напряжения, подведенного к пластинам П_х от генератора развертки. Необходимо добиться, чтобы длина линии развертки была не больше 2/3 ширины экрана. Переведите ручку «частота плавно» в крайнее левое положение, а затем в крайнее правое. Убедитесь, что при этом меняется частота пилообразного напряжения (3). Не меняя положения ручек управления разверток, приступите к выполнению задания 2.

Задание 2 . Наблюдение на экране осциллографа развертки переменного напряжения от сети.

1. Установите ручку «ослабление» в положение 1:10.

2. Напряжение от сети, пониженное трансформатором до 4-10 В, подайте на выходные клеммы канала Y. Для этого сначала присоедините провода вторичной обмотки понижающего трансформатора к клеммам «вход Y» и «земля» , а затем включите шнур первичной обмотки в сеть с напряжением 220 В. Если нарушить последовательность включения, может произойти короткое замыкание низковольтной обмотки .

3. Поворачивая медленно ручку «усиление Y» следует добиться, чтобы линейные размеры получившейся на экране картины по вертикали составляли не более 2/3 размера экрана.

4. Вращая ручку «частота плавно» получите на экране устойчивое изображение целого числа периодов синусоиды. При необходимости проведите синхронизацию развертки, переключив ручку «синхронизация» в положение «от сети» (стр.12). В диапазоне частот «30» получите два, три, четыре периода. Один период синусоиды можно получить в диапазоне «150». По данным опыта заполните таблицу 1. Четвертая графа этой таблицы заполняется в задании 3.

Таблица 1.

№ п/п	Изображение на экране осциллографа	Положение ручек		y
		«диапазон частот»	«частота плавно»

5. Отключение трансформатора после выполнения задания производится в обратном порядке: сначала выключается шнур из сетевой розетки, а затем отключаются провода вторичной обмотки от клемм канала Y .

Задание 3 . Градуировка генератора развертки по частоте при помощи звукового генератора ЗГ.

В ряде осциллографов частоту напряжения развертки нельзя определить по положению ручек «диапазон частот» и «частота плавно», так как цифры у ручки «диапазон частот» обозначают примерно среднюю частоту заданного диапазона, а ручка «частота плавно» имеет равномерную не оцифрованную шкалу.

Чтобы использовать осциллограф для измерения частоты внешнего напряжения, поданного на пластины П_у , надо предварительно проградуировать генератор развертки по частоте.

Для проведения градуировки используют звуковой генератор ЗГ, создающий синусоидальное напряжения звуковых частот (20-20000 Гц).

Величина выходного напряжения ЗГ регулируется ручкой «рег. вых. напр.» и измеряется вольтметром, расположенным на лицевой панели прибора. Частота напряжения регулируется вращением лимба «частота». Значение частоты зависит не только от положения лимба, но и от переключателя (его положения) «множитель», который указывает, во сколько раз должно быть увеличено значение частоты, определяемой по лимбу.

Градуировка ручки «частота плавно» ЭОУ производится следующим образом:

1. Установите ручку «ослабление» в положение 1:10. Ручку «диапазон частот» поставьте в положение «30», ручку «частота плавно» - в положение 0, ручку «усиление У» - в крайнее левое положение.

2. Добейтесь четкого изображения горизонтальной линии развертки на экране длиною 2/3 экрана.

3. Подключите напряжение от ЗГ к входным клеммам канала У (при необходимости воспользуйтесь помощью лаборанта). Только после этого (!) включите ЗГ с помощью шнура в сеть с напряжением 220 В. Переведите тумблер «сеть» на лицевой панели ЗГ в положение «вкл.». Поставьте переключатель вольтметра ЗГ «пределы шкал» в положение 10. Вращением ручки «напряжение выхода» установите выходное напряжение на вольтметре звукового генератора 2-3 В. Переключатель «множитель» установите в положение 1.

4. Медленно вращая ручки «усиление У» и «усиление Х» добиваются, чтобы размер картины на экране был удобен для работы. Вращая лимб ЗГ «частота», получают на экране целое число периодов синусоиды. Для устойчивости картины включите внутреннюю синхронизацию генератора развертки и медленно поворачивайте ручку «напряжение синхронизации». Получив устойчивую картину, заносят показания лимба ЗГ, ручки «частота плавно» и число периодов на экране в таблицу 2.

5. Рассчитайте частоту напряжения развертки _раз при положении 0 ручки «частота плавно» по формуле ( 3 ). Устанавливая ручку «частота плавно» последовательно в положения 0, 2, 4, 6, 8, 10, каждый раз определите частоту пилообразного напряжения _раз. Занесите результаты в таблицу 2.

6. Повторите градуировку ручки «частота плавно» для диапазона частот «150».

7. По данным таблицы 2 постройте на миллиметровой бумаге графики зависимости частоты пилообразного напряжения _раз от положения ручки «частота плавно» для двух диапазонов.

Для выполнения задания 5 не отключайте напряжение ЗГ от клемм канала Y.

Таблица 2.

№	«частота	Диапазон 30			Диапазон 150
п/п	плавно» ГР, дел. шкалы	число периодов	Частота ЗГ	Частота ГР	число периодов	частота ЗГ	частота ГР

Задание 4. Определение с помощью градуировочных графиков частоты переменного напряжения в сети .

Пользуясь графиком зависимости частоты напряжения развертки от положения ручки «частота плавно», определите по формуле (3) частоту переменного напряжения сети, воспользовавшись опытными данными, занесенными в таблицу 1. Заполните последнюю графу этой таблицы. Сравните полученное значение с известным значением напряжения в сети.

Задание 5.Определите частоты переменного напряжения по фигурам Лиссажу.

Фигуры Лиссажу на экране осциллографа получаются при сложении двух синусоидальных напряжений, поданных на пластины П_х и П_у .

Поставьте ручку «диапазон частот» в положение 0 (генератор развертки отключен).

1. Подключите через понижающий трансформатор напряжение от сети к клеммам канала Х, как было описано в задании 2.

2. К клеммам канала У подведите напряжение от ЗГ.

3. С помощью ручек «усиление Х», «усиление У», «смещение по Х» и «смещение по У» добиваются, чтобы картина размещалась на центральной части экрана.

4. Вращением лимба ЗГ «частота» получают на экране фигуры Лиссажу различного вида (рис. 9). Заносят в таблицу 3 значение частоты ЗГ _у , зарисовывают вид наблюдаемой фигуры и определяют ее кратность.

Необходимо получить на экране фигуры с кратностью 1:2, 1:3, 2:3, 2:1, 3:1, 3:2.

6. Зная кратность фигуры и частоту _у ,определите частоту напряжения в сети _х по формуле ( 10 ). Занесите результаты в таблицу.

7. Отключите трансформатор от сети, а затем от клемм Х .

Таблица 3

Вид фигуры

Кратность mx / my

x

y

Задание 6 . Градуировка канала У по чувствительности .

Чувствительность осциллографа j_y (1,2) зависит от положения ручек «усиление Y» и «ослабление». Переключатель «ослабление» меняет чувствительность скачкообразно, а в пределах заданного ослабления чувствительность меняется вращением ручки «усиление Y». Если проградуировать эту ручку по чувствительности, то можно использовать осциллограф для определения величины напряжения .

Градуировка ручки «усиление Y» производится следующим образом:

1. Выходное напряжение звукового генератора подайте на клеммы канала Y. Лимб частот оставьте в произвольном положении.

2. Поставьте переключатель осциллографа «ослабление» в положение 1:1, ручку «усиление Y» в положение 0. На вольтметре звукового генератора установите напряжение 2-3 В. Следует отметить, что вольтметр ЗГ измеряет эффективное значение напряжения (u _эф), которое связано с амплитудным (u _m) соотношением:

u_m = u _{y эф}  2

3. Устанавливая ручку «усиление Y» последовательно в положения 0, 2, 4, 6, 8, 10, измерьте каждый раз амплитуду отклонения луча (половину длины вертикальной линии на экране) у _m. Результаты занесите в таблицу 4.

4. Рассчитайте чувствительность j_y осциллографа по формуле

j_y = у _m / u _{y m} = u _{y эф} √2

Результаты занесите в таблицу 4.

Таблица 4

Условия опыта	«Ослабление» 1:1; Напряжение = 
«Усиление У», дел. шкалы	0	2	4	6	8	10
уm , мм
j y , мм/В

5. По данным таблицы 4 постройте на миллиметровой бумаге график зависимости чувствительности j_y от положения ручки «усиление Y».

6. Выключите все приборы. Отключите их от сети.

Вопросы для допуска к работе.

1. Для чего предназначены усилители входных сигналов осциллографа?

2. Объясните предназначение ручек, с помощью которых можно управлять электронным лучом («яркость», «фокус», «смещение по Х», «смещение по Y»).

3. Каким образом можно наблюдать на экране осциллографа развертку переменного напряжения от сети?

4. Каково назначение генератора развертки? Где он располагается?

5. Какие ручки на панели осциллографа служат для управления генератором развертки?

6. На какие пластины осциллографа поступает напряжение от генератора развертки? Каким образом движется световое пятно на экране под действием только напряжения развертки?

7. Для чего необходима синхронизация работы генератора развертки и исследуемого напряжения?

8. Каким образом производят градуировку генератора развертки по частоте в заданном диапазоне? Откуда подают при этом напряжение на пластины П_у ?

9. Как получить практически фигуры Лиссажу в условиях данной работы? Как по ним определить частоту сетевого напряжения?

10. Каким образом определяют чувствительность канала «У» осциллографа к напряжению?

Вопросы для защиты работы.

1. Каково назначение электронного осциллографа?

2. Перечислите основные блоки осциллографа и объясните, для чего они предназначены?

3. Каково устройство и принцип работы электронно-лучевой трубки?

4. Каким образом сместить световое пятно на экране осциллографа влево? вверх? вниз?

5. Для чего служит электронная пушка?

6. Каким образом обеспечивается линейное во времени движение пятна на экране осциллографа?

7. Как производится плавная регулировка частоты развертки?

8. Каково устройство и принцип действия генератора развертки?

9. Как оценить отношение емкостей конденсаторов генератора развертки, соответствующих разным диапазонам?

10. Какая величина называется чувствительностью осциллографа к напряжению j_y? От чего она зависит?

11. Что означает чувствительность j_y =0.3 мм/В? Как это следует понимать?

12. Как определить величину амплитуды переменного напряжения, подаваемого на П_у ?

13. Какая существует зависимость между частотами _х и _у и кратностью фигуры Лиссажу?

14. Построить фигуры Лиссажу для различного соотношения частот складываемых синусоидальных напряжений.

15. Вывод уравнения результирующего колебания, получаемого при сложении двух взаимно перпендикулярных колебаний одинаковой частоты.

16. При каком условии фигуры Лиссажу на экране устойчивы?