Лабораторная работа № 1

Изучение осциллографа

Цель работы: изучение принципа действия осциллографа. Приборы и принадлежности: Электронный осциллограф, генератор звуковой частоты, вольтметр, модуль М03.

Назначение, общая характеристика и описание электронного осциллографа

Электронный осциллограф применяется для следующих целей:

- визуального наблюдения зависимости напряжения от времени;

- измерения напряжения, интервалов времени, периода, частоты и сдвига фаз периодических процессов;

- визуального наблюдения сложения взаимно перпендикулярных колебаний (фигур Лиссажу).

Современные осциллографы имеют высокую чувствительность, малую инерционность и большое входное сопротивление, уменьшающее влияние прибора на режимы работы цепей, к которым он подключается. На рис. 1 приведена блок - схема осциллографа. Основными элементами прибора являются электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), усилители вертикального и горизонтального отклонения, генератор развертки, синхронизатор и блок питания.

Рис. 1

Исследуемый электрический сигнал подается на вход У, проходит последовательно через делитель напряжения, усилитель вертикального отклонения и поступает на вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ. При отсутствии сигнала на горизонтально отклоняющих пластинах, на экране появится

-2-

вертикальная линия соответствующей длины. Для развертывания сигнала по экрану осциллографа на горизонтально отклоняющие пластины необходимо подать линейно изменяющееся напряжение синхронно с входным напряжением. Обычно это пилообразное напряжение, вырабатываемое генератором развертки. Существует два способа синхронизации генератора развертки с входным напряжением. В первом случае для запуска генератора развертки входной сигнал подается на синхронизатор, преобразуется там в короткие импульсы соответствующей полярности и через регулятор уровня синхронизации поступает на генератор развертки. Второй способ синхронизации -внешняя синхронизация, когда ко входуХподключают внешний источник синхронизации. Кроме этого, генератор развертки может быть отключен и сигнал со входаХможет поступать непосредственно на усилитель горизонтального отклонения. В этом случае можно наблюдать сложение взаимно перпендикулярных колебаний. Если это гармонические колебания кратных частот, то фигуры на экране носят название фигур Лиссажу.

Электронно - лучевая трубка

Основным элементом электронного осциллографа является электронно-лучевая трубка (рис. 2). Она представляет собой вакуумный баллон, внутри которого находятся электронная пушка, вертикально и горизонтально отклоняющие пластины, люминесцирующий экран.

Рис.2

Электронная пушка состоит из нагревателя (1), катода (2), модулятора (3), первого и второго анодов (4 и 5). Все эти элементы создают и формируют пучок электронов, который, попадая на экран (8), вызывает его свечение. Модулятор предназначен для регулировки количества электронов в пучке посредством изменения отрицательного потенциала на нем относительно катода, что позволяет изменять яркость изображения на экране.

Между модулятором и первым анодом, а также между первым и вторым анодом неоднородное электрическое поле формирует электронные линзы с помощью которых электронный луч фокусируется на экране. Размер пятна

-3-

на экране осциллографа составляет доли миллиметра. На второй анод подается высокое ускоряющее напряжения (порядка 2000 В), электроны приобретают достаточную скорость для быстрого прохождения расстояния между модулятором и экраном, что важно для большего быстродействия осциллографа.

На экран осциллографа нанесен слой люминесцирующего вещества, светящегося под действием электронного луча, а также тонкий прозрачный для электронов проводящий слой, соединенный со вторым анодом. Этот слой обеспечивает прохождение электронов к источнику питания ЭЛТ, так чтобы отрицательный потенциал не скапливался на экране.

При отсутствии электрического поля между отклоняющими пластинами пучок электронов вызывает свечение в центре экрана. При подаче постоянного напряжения на те или иные пластины пятно смещается в ту или иную сторону, причем в электрическом поле пластин электроны летят по параболической траектории, а на выходе из него движутся по инерции прямолинейно. На горизонтально отклоняющие пластины обычно подается пилообразное напряжение от генератора развертки, которое заставляет светящуюся точку на экране двигаться по горизонтали с постоянной скоростью. Если на вертикально отклоняющие пластины подать исследуемое переменное напряжение, то точка будет перемещаться в вертикальном направлении. Одновременное действие обеих пар пластин на электронный луч позволяет наблюдать на экране изменение исследуемого сигнала во времени. Для наблюдения устойчивого изображения необходимым условием является кратность частот входного и развертывающего напряжения. В этом случае на экране наблюдается одно или несколько периодов исследуемого напряжения.