Описание лабораторной установки

Электрическая цепь собрана по схеме, изображенной на рисунке 4.

Рисунок 4. Схема лабораторной установки

Колебания возбуждаются в контуре, благодаря зарядке конденсатора от источника однополупериодного переменного тока частотой 50 Гц. Затухающие колебания напряжения на конденсаторе подаются на клеммы усилителя вертикального отклонения электронного осциллографа. 

Электронно-лучевой осциллограф – это измерительный прибор, предназначенный для наблюдения и исследования быстропеременных электрических процессов, с воспроизведением их на экране электронно-лучевой трубки.Помимо качественной оценки исследуемых процессов, электронно-лучевыми осциллографами измеряют мгновенные значения токов и напряжений, длительность, частоту и фазу периодических колебаний, и другие параметры. Высокая чувствительность осциллографа позволяет исследовать очень малые сигналы, а большое входное сопротивление, малые входные емкости и индуктивности обуславливают возможность их использования для измерения в высокоомных цепях в широком диапазоне частот.

Осциллографы выполняются по различным схемам и различаются компоновкой, системой управления, степенью универсальности и сложности. Структурная схема простейшего осциллографа, состоящего из электронно-лучевой трубки, генератора развертки и блока питания,приведена на рисунке 5.

Электронно-лучевая трубкапредставляет собой электровакуумный прибор, состоящий из электронной пушки, отклоняющей системыи, и экрана. Электронная пушка выполняется из подогреваемого катода К, модулятора М и двух анодов А1 и А2. Оксидный катод имеет форму небольшого никелевого цилиндра, на дно которого нанесен активирующий слой, эмитирующий при нагревании электроны. Вокруг катода располагается управляющий электрод (модулятор), выполненный в виде никелевого цилиндра с небольшим отверстием. На модулятор подается отрицательное относительно катода напряжение (несколько десятков вольт), под действием которого создается электрическое поле, прижимающее электроны к оси трубки, поэтому осуществляется предварительная фокусировка электронного луча. Электрическое поле модулятора, являясь тормозящим для электронов, отталкивает некоторые из них обратно к катоду. Следовательно, регулируя значение отрицательного потенциала на модуляторе резистором R1, можно изменять количество электронов, движущихся к экрану трубки, т.е. яркость свечения экрана.

Рисунок 5. Схема простого осциллографа

Ускорение электронов и дальнейшая фокусировка их в узкий пучок обеспечивается системой двух анодов в виде полых металлических цилиндров. Чтобы получить достаточные скорости движения электронов, на аноды подаются большие положительные напряжения (на первый анод несколько сотен вольт, на второй - несколько киловольт). Качество фокусировки зависит от потенциала первого анода, необходимое значение которого устанавливается с помощью регулятора R2. В соответствии с назначением и действием система электродов "катод - модулятор - первый анод - второй анод" образуют электронную пушку.

На пути к экрану электронный луч проходит между двумя парами взаимно перпендикулярных отклоняющих пластин, называемых электрической отклоняющей системой. Пластины Y1, Y2, расположенные горизонтально, отклоняют луч в вертикальной плоскости и называются вертикально отклоняющими. Пластины, расположенные вертикально, отклоняют луч в горизонтальном направлении и называются горизонтально отклоняющими.

Основным узлом канала горизонтального отклонения (канал X) является генератор развертки, формирующий напряжение пилообразной формы. Перемещение по горизонтали X обеспечивается подачей с генератора развертки пилообразного напряжения, под воздействием которого электронный луч перемещается со временем слева направо по экрану. Время в течение, которого происходит это перемещение, называется временем прямого хода луча.

По каналу вертикального отклонения(канал Y) поступает исследуемый сигнал, вызывающий вертикальное отклонение луча в ЭЛТ. В канал Y входит аттенюатор для ослабления больших сигналов; линия задержки сигнала; оконечный усилитель, на выходе которого вырабатывается сигнал, поступающий на вертикальные пластины.

Для получения неподвижного изображения на экране осциллографа необходимо, чтобы при каждом перемещении луча вдоль линии развертки на него действовали каждый раз в одних и тех же точках экрана одинаковые напряжения исследуемого сигнала (синхронизация периодов напряжения развертки и исследуемого сигнала).

На вход осциллографа (вход У) может быть подан сигнал в виде постоянного или переменного напряжения. Переменное напряжение передается через конденсатор (закрытый вход), а постоянное или медленно меняющееся во времени напряжение – на открытый вход осциллографа, при этом разделительный конденсатор закорачивается переключателем.

Канал горизонтального отклонения(канал X) может работать в нескольких режимах. Основным режимом работы развертки осциллографа является непрерывный, пригодный для наблюдения любых непрерывных периодических сигналов и последовательностей импульсов с малой скважностью. В этом режиме генератор развертки формирует периодическое пилообразное напряжение, синхронное с исследуемым сигналом. Исследуемый сигнал, поданный на вход Y, может вызвать слишком большое или, наоборот, слишком маленькое отклонение луча по вертикали. В этом случае с помощью ручек "Ослабление" или "Усиление" канала Y добиваются нужного размера изображения на экране. Если приблизительно известен период колебаний исследуемого сигнала, переключатель "Длительность развертки" следует установить в требуемое положение. В противном случае переключатель экспериментально устанавливают в такое положение, при котором на экране будет наблюдаться один или несколько периодов исследуемого сигнала.

Для устойчивости изображения на экране необходимо синхронизировать колебания генератора развертки с исследуемым сигналом. Внутренняя синхронизация осуществляется исследуемым сигналом. Ручками "Уровень" и "Стабильность" добиваются устойчивого изображения на экране. Ручки "Яркость" и "Фокусировка" необходимо установить так, чтобы изображение исследуемого сигнала было максимально четким.

Осциллографирование непериодических, случайных и однократных сигналов осуществляют с помощью линейной ждущей развертки. Сущность ее заключается в том, что в отсутствии сигнала на входе Y развертывающее напряжение не вырабатывается, генератор развертки "ждет". Поступающий на вход Y исследуемый сигнал через устройство синхронизации запускает генератор развертки, который вырабатывает одиночный линейно нарастающий импульс напряжения, поступающий на пластины X. Длительность развертки должна соответствовать параметрам сигнала. Переход на ждущий режим работы осциллографа осуществляется регулятором "Стабильность" до появления на экране трубки устойчивого изображения исследуемого сигнала. Требуемый масштаб по шкале времени обеспечивается подбором необходимой скорости нарастания напряжения генератора развертки.