Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИСЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Новокузнецкий филиал

Кафедра естественнонаучных и общепрофессиональных дисциплин

Отчет по лабораторной работе по физике

Изучение работы электронного осциллографа

Выполнил ____________ Спицин А.

Заречнев А.

(подпись)

студенты гр. 5Б10НК, курс 1 ________

(дата)

Проверила

Доцент кафедры ЕНПД_________ Антоненко А.Н.

(подпись)

______________

(дата)

Новокузнецк, 2012

Задание:

Изучить работу электронного осциллографа

Цель работы:

Изучить принцип работы электронного осциллографа. Рассчитать вторую частоту по данным исследований.

Учебно-исследовательское оборудование:

МУК ЭМ

Электронный осциллограф

Звуковой генератор 2шт

Краткое теоретическое введение

Электронно-лучевой осциллограф является прибором для наблюдения и фотографической регистрации быстропеременных импульсных и других кратковременных периодических процессов. Например, с помощью осциллографа можно измерить силу тока, напряжение и изменение их во времени, сдвиг фаз между ними, сравнить частоты и амплитуды различных переменных напряжений. Так же можно исследовать характеристики электронных ламп и полупроводниковых приборов, исследовать магнитные свойства веществ (снятие кривой намагничивания). Кроме того, осциллограф, при применении соответствующих преобразователей, позволяет исследовать неэлектрические процессы, например, измерять малые промежутки времени, кратковременные давления и т.д.

Достоинством электронно-лучевого осциллографа является его высокая чувствительность и безинерционность действия, что позволяет исследовать процессы, длительность которых составляет не более 10^-6 с – 10^-8 с.

На рис.1 представлена блок-схема электронно-лучевого осциллографа. Электронно-лучевой осциллограф состоит из электронно-лучевой трубки, усилителей каналов X и Y, генератора развертки, блоков синхронизации сигнала, калибровки прибора и питания. Все блоки прибора находятся внутри металлического корпуса, на переднюю панель которого выведены экран электронно-лучевой трубки, клеммы и зажимы для подачи на осциллограф исследуемых и управляющих его работой напряжений. Переключатели и ручки управления могут располагаться на боковой или передней панели прибора.

Рассмотрим подробнее устройство и действие отдельных блоков.

Электронно-лучевая трубка

Важнейшим элементом осциллографа является электронно-лучевая трубка (рис.2), которая состоит из стеклянного баллона, из которого выкачан воздух до давления порядка 10^-6 мм рт. ст. Внутрь трубки впаян ряд электродов. Образование и фокусировка электронного луча осуществляется с помощью находящегося внутри трубки специального устройства, называемого «электронной пушкой» и состоящего из катода, управляющего электрода и двух анодов.

Источником электронов служит катод 2, подогреваемый спиралью 1. Между катодом и первым анодом 4 приложено напряжение порядка 10³ В. Поэтому электроны ускоряются электрическим полем и попадают на флюоресцирующий экран 8, вызывая его свечение.

Рис. 1

Рис. 2

Катод 2 представляет собой небольшой цилиндр, дно которого обращено к экрану трубки, покрыто окисью бария или стронция. Цилиндр 3, является управляющим электродом, в основании которого сделано отверстие для пропускания узкого электронного пучка. Подводя отрицательный потенциал к цилиндру 3, можно уменьшить количество электронов, проходящих через его отверстие, а, следовательно, и яркость пятна на экране трубки.

При некотором значении отрицательного напряжения на управляющем электроде, отталкивающее действие электростатического поля будет настолько велико, что электроны не смогут пройти через его отверстие – свечения экрана не будет – трубка, как говорят, «заперта».

Аноды, имеющие форму цилиндров, имеют по отношению к катоду положительный потенциал. Второй анод 5, потенциал которого выше первого, служит для фокусирования электронного луча. Регулируя потенциал второго анода, можно получить на экране трубки ярко светящуюся точку.

Описанная электронная пушка называется триодной. В зависимости от конструкции и назначения трубки ускоряющее напряжение колеблется от 700-800 В до десятков киловольт, что соответствует скорости электронов в пучке до десятков тысяч км/с.

Выйдя из второго анода, электронный луч проходит между двумя парами перпендикулярных друг другу металлических пластин 6 и 7 (каждая из пар составляет конденсатор). Если на любую пару пластин подать напряжение, то электронный луч отклоняется от своего первоначального направления.

Пусть разность потенциалов между катодом и вторым анодом равна U. Работа, совершаемая силами электрического поля по перемещению электрона между катодом с потенциалом φ_k и анодом с потенциалом φ_a равна

,

(1)

где e – заряд электрона.

Эта работа идет на сообщение электрону кинетической энергии

,

(2)

Из формулы (2) следует, что электронно-лучевая трубка является практически безинерционным прибором. Действительно, т.к. величина Дж, а масса электрона мала (m=9,1 10^-31 кг), то скорость электрона очень велика. Поэтому электроны мгновенно достигают экрана.

,

(3)

В пространстве за анодом горизонтальная составляющая скорости, v_x остается постоянной, так как нет сил, действующих на электрон в данном направлении.

Отклонение луча, вызываемое напряжением на отклоняющих пластинах в 1 В, называется чувствительностью трубки к напряжению:

,

(4)

где: x и y – отклонение луча вдоль осей x и y, U_x и U_y – напряжение соответственно на горизонтально отклоняющих и вертикально отклоняющих пластинах.