Лабораторна робота № 35 вивчення роботи електронного осцилографа

МЕТА РОБОТИ: ознайомитись з принципом роботи електронного осцилографа та експериментально визначити чутливість його відхиляючої системи.

ПРИЛАДИ: електронний осцилограф , джерело змінного струму з регульованою вихідною напругою , вольтметр , генератор.

1. Осцилограф та його призначення

Осцилограф (від латинських слів «осцило» - хитаюсь , коливаюсь , та «граф»- пишу) є реєструючий вимірюючий прилад, дія якого базується на використанні електронно-променевої трубки, що застосовується для візуального спостереження (або запису) електричних процесів (періодичних, неперервних або імпульсних ) з частотою до 10¹⁰ Гц. Досліджуваний процес відображується на екрані електронно-променевої трубки у вигляді графіків або фігур, які називаються осцилограмами . Найбільш часто електронний осцилограф застосовують для спостереження зміни сили струму або напруги від часу, а також для вимірювання ряду електричних величин: амплітуди сили струму і напруги , частот, зсуву фаз між коливаннями. За допомогою осцилографа можна спостерігати і записувати змінні неелектричні величини (тиск, температуру, вологість і т.д.) , попередньо перетворивши їх за допомогою датчиків у відповідні електричні величини.

Основним елементом осцилографа є електронно-променева трубка, в якій використовують такі явища :

Термоелектронна емісія - явище випускання електронів нагрітими тілами ( в електронно-променевій трубці джерелом електронів є розжарений катод);
Вплив електричного поля на рух електронів ( в електронно-променевих трубках прискорення електронів , формування вузького пучка електронів та його необхідне переміщення по екрану здійснюється електричними полями відповідних електродів)
Електролюмінісценція - випромінювання світла тілами під дією ударів електронів ( в електронно-променевих трубках екран покритий тонким шаром люмінофору , спеціальної речовини, яка світиться під дією ударів електронів).

2. Фізичні основи керування пучками електронів в електронно-променевій трубці

Отримані внаслідок термоелектронної емісії електрони можна прискорити електричним полем , яке створюється між катодом (джерелом електронів) та анодом . При різниці потенціалів U між катодом і анодом прискорююче електричне поле виконує роботу:

, (35.1)

де е – заряд електрона, U – різниця потенціалів. Робота йде на надання електронам кінетичної енергії:

, (35.2)

де m – маса електрона. Таким чином, електрони набудуть швидкості

. (35.3)

Для формування вузького пучка електронів, які дають на екрані світлу точку , використовують електронні лінзи, такі електроди , що своїми електричними полями діють на пучки електронів подібно , як лінзи діють на промені світла. Роль такої лінзи в найпростішому випадку може виконувати діафрагма (круглий отвір у плоскому електроді).

Н а рис.35.1. вказані еквіпотенціальні лінії такої фокусуючої діафрагми: зліва ці лінії паралельні прямі, а справа мають складну випуклу конфігурацію . Нагадаємо, що вектор напруженості електричного поля перпендикулярний до еквіпотенціальної лінії. Розкладемо цей вектор на дві складові : - повздовжню і - поперечну. Повздовжня складова буде гальмувати електрон, тому-що рухається від’ємний заряд і напрям сили протилежний вектору напруженості поля.

Під дією поперечної складової електрони будуть рухатись до вісі , в результаті чого відбудеться фокусування пучка електронів в одну точку. На рис.35.1 F- фокус електронної лінзи. На шляху до екрана пучок електронів послідовно проходить між двома парами керуючих (відхиляючих) пластин, подібних до пластин плоского конденсатора.

Нехай електрони зі швидкістю влітають паралельно до відхиляючих пластин (рис.35.2). Електричне поле будемо вважати однорідним напруженістю . Електрон в такому плоскому конденсаторі буде рухатись подібно до тіла , кинутого горизонтально. Маємо два незалежних рухи: