14

Министерство образования Российской Федерации

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра

экспериментальной физики

атмосферы

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 17

по дисциплине

“Методы и средства гидрометеорологических измерений”.

УСТРОЙСТВО ОСЦИЛЛОГРАФОВ

Направление - Гидрометеорология

Специальность - Метеорология

Санкт - Петербург

2002

УДК 551. 508

Устройство осциллографов. Лабораторная работа №17 по курсу “Гидрометеорологические измерениия”. С.-Петербург: РГГМУ, 2002, 14 с.

Лабораторная работа составлена на основе типовой программы дисциплины, читаемой студентам - метеорологам. Описание содержит теоретические сведения и перечень практических операций, выполняемых студентами. Значком “*” отмечены разделы, выполняемые только студентами группы “И” .

Составитель: Н.О. Григоров, доцент

А.Г. Саенко, ассистент

Редактор Кузнецов А.Д., профессор

 Российский государственный гидрометеорологический университет (РГГМУ), 2001.

Сведения из теории Назначение и основные принципы работы осциллографа

В современных метеорологических измерительных приборах (таких, как ИВО, РВО, ФИ-1, ФИ-2, М-63 и др.) применяются достаточно сложные электронные схемы. Для отладки, ремонта или просто исследования их с учебной целью применяют стандартные лабораторные электроизмерительные приборы – ампервольтомметр (тестер), осциллограф, генераторы сигналов и другие. Электронно-лучевой осциллограф является многоцелевым исследовательским прибором и применяется достаточно часто. Поэтому студенты, изучающие метеорологические приборы, должны ознакомиться с основными типами существующих осциллографов, представлять себе их устройство и порядок работы с ними.

Устройство осциллографов достаточно подробно описано в учебниках по электронике (см. например, книги [1, 2]). В настоящем пособии напомним читателю основные узлы осциллографа и порядок работы с ним.

Основным узлом осциллографа является электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). Её схема показана на рис.1.

В её состав входят: источник электронов – катод (1), ускоряющий электрод-сетка (3), фокусирующие электроды – «электронная линза» (4), вертикально отклоняющие пластины (5), горизонтально отклоняющие пластины (6), анод (7) и экран (8), покрытый с внутренней стороны люминофором. Катод подогревается накаленной металлической нитью – накалом. Катод и подогреватель (накал) находятся внутри металлического цилиндра (2) с отверстием для вылета электронов. Такое устройство называют «электронной пушкой». Цилиндр заряжен отрицательно по отношению к катоду, поэтому электроны, вылетевшие с катода, отталкиваются стенками цилиндра и образуют своеобразное электронное облако внутри него. Единственный путь для электронов – отверстие в цилиндре, через которое они и вылетают узким пучком. Первоначальный разгон электронов осуществляется подачей положительного напряжения на сетку (3). Тем самым в промежутке «сетка – катод» образуется весьма сильное поле, ускоряющее электроны. Далее электроны летят к аноду, который имеет форму кольца. На него подается большое положительное напряжение (от нескольких сотен до нескольких тысяч вольт). Однако анод расположен достаточно далеко от катода, поэтому без первоначального ускорения, вызванного полем «сетка-катод», электроны не могли бы достичь необходимой скорости и рассеялись бы внутри трубки. Следовательно, управляя напряжением сетки, можно управлять величиной потока электронов, а значит, и яркостью изображения на экране. Для этого на переднюю панель осциллографа выведена специальная ручка. Иногда сетку называют ускоряющим электродом.

В некоторых моделях осциллографов управление яркостью осуществляется регулировкой напряжения катода при неизменном напряжении на сетке.

Электроны, представляющие собой отрицательно заряженные частицы, не могут лететь узким потоком. Они неизбежно рассеиваются, отталкиваясь друг от друга, поток будет расширяться. Но можно сузить поток электронов, поставив на его пути, например, кольцевой электрод, заряженный отрицательно. Можно поставить систему электродов сложной формы и подавать на них различные напряжения, заставляя поток электронов сходится и расходится. Так устроены фокусирующие электроды (4). Управляя напряжением на одном из них, можно добиться того, что электронный пучок будет сходиться как раз в плоскости экрана. Для этого предусмотрена ручка «фокус» на передней панели осциллографа.

Управляя напряжением на отклоняющих пластинах (5) и (6), можно перемещать электронный пучок вверх-вниз и вправо-влево. Обычно на горизонтально отклоняющие пластины подается пилообразное напряжение – напряжение развертки. Его эпюра показана на рис. 2.

В то время, как на правой пластине напряжение возрастает по линейному закону (интервал 0 - τ₁), электронный луч отклоняется слева направо. Это движение называют прямым ходом луча. В течение этого времени на вертикально отклоняющие пластины подают исследуемое напряжение. Нетрудно понять, что на экране осциллографа электронный луч рисует картину, отражающую изменение во времени исследуемого напряжения – например, синусоиду, импульсы и пр.

Рис.2. Эпюра напряжения развертки.

В течение времени τ₁ – τ₂ происходит обратный ход луча – справа налево. На это время электронный пучок «гасится» подачей отрицательного напряжения на сетку (3). Таким образом, на экране обратный ход луча не виден.