2. Принцип получения изображения на экране осциллографической трубки

Наличие двух взаимно перпендикулярных пар отклоняющих пластин позволяет получить на экране электроннолучевой трубки график исследуемого процесса в прямоугольной системе коорди­нат, т. е. графическую зависимость одной величины от другой.

Рассмотрим в качестве примера получение наиболее распро­страненных графиков зависимости напряжения сигнала от вре­мени, т. е. временных диаграмм.

Положение светового пятна на экране в любой момент вре­мени зависит от мгновенных значений обоих отклоняющих напряжений, а форма светящейся линии, которую чертит луч при своем движении, — от характера изменения этих напряже­ний. Если исследуемое изменяющееся напряжение подвести к вертикально-отклоняющим пластинам УУ, то на экране полу­чится вертикальная линия. Для получения формы кривой иссле­дуемого напряжения необходимо, чтобы луч одновременно сме­щался по горизонтали прямо пропорционально времени. Этот процесс называют разверткой электронного луча. Осью времени в этом случае служит линия развертки, которую прочерчивает луч под действием напряжения развертки U_p между горизон- тально-отклоняющими пластинами XX.

Для наблюдения электрических процессов, изменяющихся во времени, применяют линейную развертку, дающую перемещение луча по экрану с постоянной скоростью. Для этого напряжение развертки должно равномерно возрастать, пока луч движется в пределах экрана, и очень быстро спадать до нуля, чтобы вернуть луч к началу координат, а затем снова линейно возрастать и быстро спадать и т. д. При этом луч каждый раз прочерчивает исследуемую кривую на одном и том же месте и возвращается к началу координат (рис. 3.4, а). Форму напряжения развертки, которое периодически линейно нарастает до максимального зна­чения и быстро спадает до нуля, называют пилообразной (рис. 3.4, б). Амплитуда напряжения развертки U_pm определяет величину отклонения луча по горизонтали, т. е. длину линии

мы исследуемого напряжения (а); пилообразное напряжение развертки (б) и исследуемый синусо­идальный сигнал (в)

Если исследуемое напряжение сигнала £У_С, например сину­соидальное (рис. 3.4, в), подать на пластины УУ, то амплитуда отклонения луча по вертикали будет прямо пропорциональна амплитуде напряжения сигнала U_cm. При одновременном дейст­вии напряжений сигнала на пластинах УУ и развертки на плас­тинах XX луч прочерчивает на экране развернутую временную диаграмму исследуемого напряжения, т. е. синусоиду. На рис. 3.4, а показаны положения луча на экране, соответствующие моментам времени 0, 1, 2, 3...8.

Равномерное перемещение светового пятна по экрану от ле­вого края к правому, соответствующее пологой возрастающей части зубца пилообразного напряжения ОА, называется прямым ходом луча, а почти мгновенное, скачкообразное возвращение светового пятна справа налево, соответствующее крутой спа­дающей части зубца АБ, — обратным ходом луча. Время обрат­ного хода луча должно быть очень мало по сравнению со време­нем его прямого хода.

Для получения неподвижного изображения одной кривой на экране необходимо, чтобы период развертки был кратным пе­риоду исследуемого напряжения, т. е.

Т_р = пТ_с,

где Т_р — период напряжения развертки; Т_с — период исследуе­мого напряжения; п — целое число. Это условие для частот сиг­нала /_с и развертки /_р имеет вид: /_с = nf_p.

При выполнении данного соотношения изображение л-перио- дов кривой исследуемого напряжения прочерчивается на одном и том же месте.

Рис. 3.5. Схема включения электроннолучевой трубки с электростатическим управлением

Если частоты обоих колебаний равны, то на экране будет неподвижное изображение одного полного периода исследуемого напряжения. Если частота исследуемого напряжения вдвое больше частоты пилообразного напряжения, то на экране будет два полных периода исследуемого напряжения и т. д.

Схема включения трубки приведена на рис. 3.5. Питание трубки осуществляется от выпрямителя, нагруженного на высо­коомный делитель, состоящий из постоянных резисторов R|, R₂, /?з и потенциометров П\, П₂, Пз, П\. С делителя выпрямленное напряжение необходимой величины подается на все электроды трубки. На управляющий электрод подают отрицательное отно­сительно катода напряжение в несколько десятков вольт. Регу­лировкой этого напряжения с помощью потенциометра П\ изме­няют яркость свечения экрана.

На первый анод подают положительное напряжение в не­сколько сотен вольт. Регулируя величину этого напряжения,

потенциометром Я₂ производят фокусировку. На второй анод подают положительное напряжение значительно более высокое, чем на первый анод, — тысячи и десятки тысяч вольт. Второй анод и аквадаг соединены с корпусом прибора.

На вертикально-отклоняющие пластины подают напряжение сигнала U_c, а на горизонтально-отклоняющие — напряжение раз­вертки U_p. Кроме того, на отклоняющие пластины подают по­стоянное напряжение, позволяющее установить исходное поло­жение светового пятна на экране трубки. Для этого служат потенциометры Я₃ и Я₄.

-С=Н

R

д

Рис. 3.6. Схема получе­ния на экране осцилло­графа вольт-амперной ха­рактеристики диода

Кроме получения временных осциллограмм, представляющих зависимости токов и напряжений сигнала от времени, электрон­нолучевая трубка позволяет наблюдать на экране вольт-ампер- ные характеристики электронных приборов. Для этого от пластин XX отключается напряжение временной развертки, а подается напряжение, пропорциональное напряжению на приборе; на пла­стины УУ подается напряжение, пропорциональное току прибора.

Например, для получения на экране осциллографа вольт- амперной характеристики полупроводникового диода использует­ся схема, показанная на рис. 3.6. Чтобы получить обе ветви вольт-амперной характеристики — прямую и обратную, — иссле­дование проводится на переменном токе. Переменное напряжение подводится через трансформатор Тр к диоду Д и резистору R. Сопротивление резистора должно быть меньше прямого сопро­тивления диода. К пластинам XX приложено напряжение со вторичной обмотки трансформатора, пропорциональное напряже­нию на диоде, а к пластинам УУ — напряжение ир с резистора R, пропорциональное току через диод. В течение положитель­ного полупериода на аноде диода луч смещается вправо вверх и обратно в первом квадранте графика, прочерчивая прямую

ветвь характеристики — /_пр = /((/_пр). В отрицательный полупе- риод луч смещается влево вниз и обратно в третьем квадранте графика, прочерчивая обратную ветвь — /₀б_Р = f(U₀6_P). В после­дующие периоды переменного напряжения луч повторяет вы­черчивание характеристики на том же месте, так что на экране наблюдается устойчивое ее изображение.