1.6.Исследование импульсных сигналов

Спомощью электронного осциллографа можно исследовать не только периодические, но и импульсные сигналы или периодические сигналы с большой скважностью. Для этого в осциллографе предусмотрен специальный режим развертки – ждущий. В генераторе развертки предусмотрены три режима работы: автоколебательный, ждущий и режим однократной развертки.

Автоколебательный режим применяется для наблюдения синусоидальных сигналов и импульсных сигналов с небольшой скважностью. Ждущий режим генератора развертки используется при исследовании импульсных сигналов с большой скважностью.

Вждущем режиме развертки пилообразное напряжение, подаваемое на горизонтально отклоняющие пластины осциллографа, генерируется прерывисто, импульсно. Генератор в этом режиме находится в состоянии готовности к рабочему ходу развертки. Запуск генератора развертки в этом случае осуществляется или с помощью самого исследуемого сигнала, или с помощью внешнего импульсного генератора. Во втором случае, запускающий сигнал подается на вспомогательный вход осциллографа – вход синхронизации.

При поступлении запускающего импульса начинается рабочий ход развертки. По окончании рабочего хода развертки генератор возвращается в состояние готовности к новому рабочему ходу.

Воднократном режиме работы генератор развертки предварительно готовится к работе нажатием специальной кнопки «Однократно» и после запуска от самого сигнала или от внешнего генератора происходит его однократное срабатывание. Повторный запуск генератор развертки осуществляется повторным нажатием кнопки «Однократный запуск».

Для удобства исследования импульсных сигналов используют запоминающие осциллографы, которые обладают способностью сохранять и воспроизводить изображение сигнала на экране после его исчезновения на входе осциллографа благодаря применению специальных электронно-лучевых трубок.

Запоминающие осциллографы сохраняют изображение сигнала длительное время и удобны для исследования однократных и редко повторяющихся процессов. Такие осциллографы позволяют хранить записанный сигнал при обесточенном состоянии в течение нескольких часов, а некоторые модели – несколько суток.

16

1.7. Электрическая линза – фокусировка электронного луча системой анодов

Устройство, предназначенное для фокусировки электронного пучка, называется электронной линзой. Управление электронным пучком может осуществляться с помощью электрических и магнитных полей, соответственно электронные линзы подразделяются на электрические или магнитные. Ниже рассмотрено действие электрической электронной линзы (рис. 10).

Второй анод

Первый анод

Рис. 10. Схема действия электрической линзы

Электрическая линза фокусирует электронный луч с помощью неоднородного электрического поля, создаваемого первым и вторым анодами осциллографа. Это поле сосредоточено в основном в пространстве между анодами. Потенциал второго анода выше потенциала первого анода. На рисунке изображены линии вектора напряженности (сплошные линии со стрелками) и эквипотенциальные линии (штриховые линии) электрического поля линзы, а также указана траектория движения электрона (сплошная линия с точками).

Электрические силы (кулоновские силы), действующие на электроны в пучке на выходе из первого анода, отклоняют их к оси линзы. Когда электроны попадают в поле второго анода, на них действуют силы, отклоняющие их от оси линзы. На рисунке также указаны направления вектора напряженности электрического поля Е и кулоновской силы F, действующей на электроны.

Движение электрона в поле анодов является ускоренным, поэтому первую половину линзы (на выходе из первого анода) электрон пролетает с меньшей средней скоростью, чем вторую (на входе во второй анод). Время нахождения электрона в первой половине линзы будет больше времени нахождения электрона во второй половине, и поэтому в целом электронный пучок отклоняется к оси линзы. Регу-

17

лировка сходимости электронного пучка на экране (фокусировка) производится изменением электрического поля между первым и вторым анодами, например, путем изменения потенциала первого анода. Напомним, что потенциалы анодов в электронно-лучевой трубке измеряются относительно катода (так же, как и в электронной лампе).

1.8. Действие отклоняющих пластин осциллографа

Отклоняющие пластины осциллографа (вертикальные или горизонтальные) управляют электронным лучом с помощью, создаваемого ими электрического поля. Выясним, как зависит смещение луча на экране осциллографа от напряженности поля. Пренебрегая краевыми эффектами, электрическое поле отклоняющих пластин осциллографа можно считать однородным. Поэтому кулоновская сила, действующая на электроны в электронном луче во время их движения в электрическом поле пластин, будет постоянной. Будет постоянным и ускорение электронов.

Рассмотрим действие одной пары отклоняющих пластин. Пусть электрон со скоростью V0 (направленной по оси OZ) влетает в однородное электрическое поле отклоняющих пластин (рис. 11) перпендикулярно его линиям напряженности (направленным по оси ОY). Движение электрона можно представить в виде суммы двух независимых движений по оси OZ и по оси ОY. По оси OZ электрон движется равномерно со скоростью, равной начальной скорости V0. Координата Z изменяется со временем по закону:

Если длина отклоняющих пластин равна L1 , то электрон пролетит это расстояние, находясь под действием поля, за время t1:

а оставшееся до экрана расстояние L2 пролетит за время t2:

18

Y

L1 L2

Рис. 11. Смещение электронного луча на экране под действием электрического поля отклоняющих пластин

В электрическом поле отклоняющих пластин движение электрона по оси OY является равноускоренным. При этом:

а) сила, действующая на электрон (кулоновская сила), равна

где е – заряд электрона; Е – напряженность поля пластин; б) приобретаемое электроном ускорение (по второму закону

Траектория движения электрона в электрическом поле отклоняющих пластин представляет собой параболу. Уравнение этой парабо-

На выходе из пластин электрон сместится вдоль оси OY на расстояние:

19

На выходе из пластин электрон попадает в область с пренебрежимо малой напряженностью электрического поля. Дальнейшее его движение можно считать инерционным по прямой, являющейся касательной к параболе в точке, лежащей на границе области однородного поля. Поэтому при дальнейшем движении к экрану электроны сместятся по оси OY еще на расстояние:

где α – угол между направлением вектора скорости электрона на вы-

ходе из поля пластин и осью OZ. Значение tg α найдем из треугольника скоростей:

Полное отклонение электрона по оси OY с момента его вступления в электрическое поле отклоняющих пластин и до его попадания на экран составит

Если учесть, что напряженность Е однородного электрического поля пластин может быть выражена через напряжение U на пластинах и расстояние d между ними как

Смещение луча на экране прямо пропорционально напряжению на отклоняющих пластинах.

20