Электронный осциллограф

Электронный осциллограф представляет собой универсальный электроизмерительный с электростатическим отклонением прибор для исследования переменных быстропротекающих во времени процессов. С помощью осциллографа можно наблюдать и измерять переменное во времени напряжение, силу тока, сравнивать частоты и амплитуды переменного напряжения, определять период изменения электрических величин, измерять малые промежутки времени и т.д. Главными достоинствами осциллографа является его высокая чувствительность и практическая безынерционность, что позволяет исследовать процессы длительностью до 10^-610^-8с. Основной частью всех электронных осциллографов являетсяэлектронно-лучевая трубка,на экране которой возникает изображение изучаемого процесса.

Электронно-лучевая трубка

Электронно-лучевая трубка состоит из откаченной до высокого вакуума стеклянной колбы (рис. 1). Экран электронно-лучевой трубки покрыт флюоресцирующим веществом, светящимся под ударами электронов.

Рис. 1. Электронно-лучевая трубка:

1 - подогреватель катода; 2 - катод; 3 – управляющий электрод; 4 - первый (фокусирующий) анод; 5 - второй анод; 6 - вертикально отклоняющие пластины; 7 - горизонтально отклоняющие пластины; 8 – экран

Система электродов 1-5, позволяющая получать узкий пучок электронов, называется электронной пушкой. Источником электронов служит нагретый подогревателем катод.

Интенсивность электронного пучка, а следовательно, яркость светящегося пятна на экране регулируются изменением отрицательного относительно катода потенциала на управляющем электроде. Ускорение электронов и их фокусировка осуществляются системой двух анодов, выполненных в виде полых металлических цилиндров и образующих так называемую электростатическую линзу. Разность потенциалов между катодом и первым анодом - порядка нескольких сотен вольт, между катодом и вторым анодом - порядка нескольких тысяч вольт.

Отклоняющая система электронно-лучевой трубки

Отклонение электронного луча в электронно-лучевой трубке осуществляется системой вертикально и горизонтально отклоняющих пластин (рис. 2).

Рис. 2

На вертикально отклоняющие пластины (рис.2) подается напряжение U_y, создающее между пластинами однородное электрическое поле с напряженностью:

E = ,

(7)

где d - расстояние между пластинами.

Движение электрона в однородном электрическом поле описывается уравнениями

y = at²/2, x = v₀t.

где v₀ – скорость электрона на входе в электрическое поле; a = =- ускорение электрона;e – заряд и m – масса электрона.

Траекторией движения электрона является парабола

y = x².

На выходе из пластин, длина которых L_1, электрон отклоняется от первоначального направления на величину y₁ = .

После выхода из пластин электрон летит по прямой. Полное отклонение электрона (рис. 3)

y = y₁ + y₂ = + L₂tg

Из треугольника скоростей

tg = .

Тогда окончательно имеем

y = = SyUy,

((8)

где S_y = - чувствительность электронно-лучевой трубки.

Из формулы (8) следует, что отклонение электронного луча на экране пропорционально приложенному к отклоняющим пластинам напряжению. Чувствительность электронно-лучевой трубки зависит от ее конструктивных особенностей и не зависит от приложенного напряжения.