16

Министерство здравоохранения Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Тверская государственная медицинская академия Министерства здравоохранения Российской Федерации»

Кафедра физики изучение элекронного осциллографа

Методические указания для лабораторной работы № 2

Тверь 2004

Методические указания составлены кафедрой медбиофизики ТГМА и предназначены в помощь студентам лечебного, стоматологического, педиатрического и фармацевтического факультетов при подготовке и выполнении лабораторной работы.

Лабораторная работа 2

ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОГО ОСЦИЛЛОГРАФА

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: 1. Теоретически ознакомиться с назначением, устройством и принципом работы осциллографа.

2. Научиться управлять электронным лучом.

3. Освоить использование осциллографа для наблюдения формы электрического сигнала и изменения его характеристик .

ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ: осциллограф, генератор релаксационных колебаний, источник стабилизированного питания.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Электронный осциллограф прежде всего предназначен для исследования быстропеременных периодических процессов. Например, с помощью осциллографа можно измерять напряжение переменного тока, изучать зависимость силы тока и напряжения от времени, измерять сдвиг фаз между ними, сравнивать и измерять частоты и амплитуды различных переменных напряжений. Кроме того, при применении соответствующих преобразователей (датчиков) осциллограф позволяет исследовать неэлектрические процессы; например, измерять малые промежутки времени, кратковременные давления и т.д.

(Достоинством электронного осциллографа является высокая чувствительность и практическая безинерционность действия, что позволяет без труда исследовать процессы, длительность которых не превышает 10^-6 - 10^-7 с)

Низкочастотный электронный осциллограф используется в электрокардиоскопе, позволяющем непрерывно наблюдать за работой сердца по электрокардиограмме на экране электронно-лучевой трубки, например, во время операции. Осциллограф встроен в вектор-кардиоскоп, который позволяет на экране трубки наблюдать петли, образуемые концом интегрального электрического вектора за цикл работы сердца. Электронный осциллограф используется в такой низкочастотной аппаратуре как электростимуляторы.

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ЭЛЕКТРОННОГО ОСЦИЛЛОГРАФА

Основными частями осциллографа являются:

- электронно-лучевая трубка;

- блок развёртки;

- усилители исследуемого сигнала;

- блок питания.

Электронно-лучевая трубка внешне представляет собой стеклянную колбу специальной формы (рис. 1). Внутри колбы создан высокий вакуум. В колбе помещается подогреватель 1, катод 2. управляющий электрод 3, первый анод (фокусирующий) 4, второй анод (ускоряющий) 5, вертикально отклоняющие пластины 6, горизонтально отклоняющие пластины 7, экран 8, покрытый флюоресцирующим веществом.

Подогреватель, катод, управляющий электрод и оба анода образуют электронную пушку. Назначение электронной пушки – получить сфокусированный пучок электронов (электронный луч). Электронная пушка получает питание от высоковольтного выпрямителя, обеспечивающего разность потенциалов между катодом и вторым анодом 1-5 кВ в зависимости от типа трубки. Это напряжение подается на ряд последовательно соединенных резисторов (потенциометров) R₁, R₂, R₃, R₄. Таким образом, обеспечивается возможноcть регулировать потенциал отдельных частей пушки. Например, подавая на управляющий электрод отрицательный по отношению к катоду потенциал, мы сможем регулировать число электронов, выходящих из электронной пушки, следовательно, яркость свечения экрана. Поэтому ручка, соответствующая движку потенциометра R₁ , выведена на переднюю панель и обозначена “”. Кроме того, совместно с первым анодом управляющий электрод обрадует электростатическую линзу, собирающую электроны в пучок. Пучок, проходя внутри первого анода, сжимается, а затем окончательно фокусируется второй электростатической линзой, образованной полем между первым и вторым анодами. Изменяя потенциал первого анода, мы осуществляем фокусировку. Движок потенциометра выведен на переднюю панель и обозначен "”. После второго анода луч проходит между парами отклоняющих пластин и, попадая на флюоресцирующий экран, вызывает его свечение. В отсутствии разности потенциалов между отклоняющими пластинами электронный луч попадает в центр экрана. При приложении к пластинам разности потенциалов между ними образуется электрическое поле, которое отклоняет электроны в сторону пластины с большим потенциалом. Отклонение луча зависит от величины и знака разности потенциалов, приложенной к пластинам. Смещение луча на экране пропорционально разности потенциалов между пластинами, т.е.:

x=_xU_x , (1)

y=_y U_y (2)

где y,x - смешение луча в вертикальном и горизонтальном направле-нии. U_x , U_у - разность потенциалов между горизонтально и вертикально отклоняющими пластинами.

Коэффициенты _х и _у называются чувствительностями трубки по напряжению соответственно в направлениях осей X и У. Чувствительность по напряжению  показывает, на сколько делений (мм, см) смещается луч в соответствующем направлении при подаче единичной разности потенциалов (1мкВ, 1 мВ. 1В) между пластинами. При этом  может измеряться в следующих единицах: дел./мВ, дел./В; мм/мВ; мм/В; см/В и т.д. При одновременном действии полей между обеими парами пластин луч смещается и в горизонтальном, и в вертикальном направлениях и оказывается в точке с координатами Х и У, определяемыми формулами (1) и (2).

Обычно исследуемое напряжение подводится к пластинам П_у, тогда как на пластины П_х подаётся напряжение, управляющее движением пучка электронов по горизонтали (например, пилообразное напряжение). Для перемещения изображения по экрану служат потенциометры R₅ и R₆, соединенные с источником постоянного напряжения. Середина каждого из потенциометров заземлена. Если движок потенциометра стоит на середине, то между пластинами 7 и П_х разность потенциалов равна нулю, т. к. противоположная пластина заземлена всегда.

Рис. 1

При перемещении движка потенциометра R₅ влево от середины, т.е. к "плюсу" источника тока, потенциал П_х будет увеличиваться, что приведет к перемещению луча на экране влево от наблюдателя. При перемещении движка вправо (ближе к "минусу") луч будет смещаться вправо на экране (пластина П_х будет отталкивать электроны). Ручка потенциометра R₅ выведена на переднюю панель и обозначена “”.

Аналогично работает потенциометр R₆. Его ручка снабжена надписью "↕". Непосредственно на пластины П_х и П_у исследуемое напряжение подаётся сравнительно редко. Это напряжение подаётся на клеммы "Вход У" или "Вход X". С клемм исследуемый сигнал проходит через усилитель.