I. 8. Опишите устройство электронно-лучевой трубки.

Основная часть электронного осциллографа - электронно-лучевая трубка (рис. 1.9), которая состоит из стеклянного баллона, откачанного до давления порядка 10^-4 Па. Внутрь трубки впаяны электроды.

Источником электронов служит катод 2, подогреваемый спиралью 1. Между катодом (отрицательный потенциал) и первым анодом (положительный потенциал) 4 приложено ускоряющее напряжение порядка 1000В. Электроны, ускоренные электрическим полем, бомбардируют флуоресцирующий экран 8, вызывая его свечение. Катод находится внутри цилиндра 3, служащего для регулировки яркости электронного луча. В основании этого цилиндра сделано отверстие для пропускания узкого пучка электронов. Подавая отрицательный по отношению к катоду потенциал на электрод 3, можно уменьшить количество электронов, проходящее через отверстие и, следовательно, яркость пятна на экране.

Второй анод 5, потенциал которого выше потенциала первого анода, служит для фокусирования электронного луча. Регулируя потенциал второго анода, можно получить на экране ярко светящуюся точку. Выйдя из второго анода, электронный луч проходит между двумя парами отклоняющих пластин 6 и 7. Если на любую пару пластин подать напряжение, то электронный луч отклонится под действием электрического поля пластин.

Пусть разность потенциалов между катодом и вторым анодом равна U. Работа сил электрического поля А=е∙U пойдет на сообщение электрону кинетической энергии , тогда

Обычно Дж, кг, следовательно, скорость электронов очень велика м/с, и они практически мгновенно достигают экрана. Отсюда вытекает, что электронно-лучевая трубка является безинерционным прибором.

Рисунок 1.9

II. 9. Объясните принцип действия электронного осциллографа.

Под действием напряжения U_x, приложенного к горизонтально отклоняющим пластинам 6 (рис. 1.9), след электронного луча на экране смещается на величину Х в горизонтальном направлении, а под действием U_y, приложенного к вертикально отклоняющим пластинам 7, -на величину Y по вертикали. Тогда величины

S_x = X/ U_x и S_y =Y/ U_y

являются чувствительностью осциллографа к напряжению по осям X и Y соответственно. Чувствительность к напряжению равна величине отклонения электронного луча на экране при разности потенциалов на пластинах, равной 1 В. Следует знать, что при изучении каких-либо процессов с помощью осциллографа исследуемый сигнал обычно подается на вертикально отклоняющие пластины (вход Y). Если исследуемый сигнал представляет собой переменное напряжение U_y= U₀sin t, то световое пятно на экране будет совершать гармонические колебания. Вследствие световой инерции экрана и способности глаза сохранять некоторое время изображение на экране будет видна неподвижная вертикальная линия. Если одновременно на горизонтально отклоняющие пластины подать напряжение, возрастающее со временем по линейному закону U_x = kt, то световое пятно на экране будет равномерно перемещаться слева направо. Результирующая траектория луча в этом случае будет представлять зависимость исследуемого напряжения от времени.

Рис. 1.10

Если по истечении времени, равного периоду исследуемого колебания, напряжение U_x скачком падает до 0 , то световое пятно скачком возвращается в исходное положение. Если U_x вновь возрастает по тому же закону, то на экране осциллографа вновь воспроизводится исследуемое напряжение. Таким образом, для получения развертки исследуемого напряжения во времени необходимо подать «пилообразное» напряжение (рис. 1.10) на горизонтально отклоняющие пластины. Периоды пилообразного и исследуемого напряжения должны быть одинаковыми, иначе кривая на экране будет двигаться.

Источник «пилообразного» напряжения - релаксационный генератор (генератор развертки). Осциллограф снабжен автоматическим устройством для синхронизации «пилообразного» напряжения с исследуемым.