Лабораторная работа № 9 изучение электронного осциллографа

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: ознакомление с принципом действия осциллографа, исследование характеристик, применение осциллографа в качестве измерительного прибора.

1. Краткая теория

1.1.Принцип работы осциллографа

БЛОК-СХЕМА

Осциллограф это прибор, предназначенный для исследования и регистрации электрических процессов. Блок-схема (рис.1) простейшего осциллографа состоит из следующих элементов:

1. О дним из основных элементов осциллографа является электронно-лучевая трубка, в которой узкий пучок летящих электронов проходит через две пары пластин (пластины “Х” и пластины “Y”) и вызывает свечение экрана. Пластины “Х” и пластины “Y” расположены перпендикулярно друг другу. Если подавать на эти пластины напряжение, луч опишет на экране кривую, называемую осциллограммой.

Рис.1 Блок-схема простейшего осциллографа.

2. Для получения осциллограмм, изображающих зависимость напряжения от времени, необходим генератор горизонтальной развертки. Это генератор пилообразного напряжения, которое подается на горизонтально отклоняющие пластины “Х” и может меняться по амплитуде и частоте.

3. Амплитуда исследуемого сигнала часто бывает мала. Для увеличения сигнала предусмотрен усилитель вертикального отклонения, а для обеспечения необходимой ширины изображения – усилитель горизонтальной развертки.

4. В результате целого ряда причин частота сигнала не вполне стабильна. Из-за этого осциллограмма становится неустойчивой. Для исключения неустойчивости генератор горизонтальной развертки связывают с исследуемым сигналом, заставляя его работать синхронно с изменениями исследуемого сигнала. Эту функцию в осциллографе выполняет блок синхронизации. Исследуемый сигнал можно подавать либо непосредственно на пластины “Х” или “У”, либо через вертикальный и горизонтальный усилители.

1.2. Электронно-лучевая трубка

 

Р ис.2 Электронно-лучевая трубка с электростатическим управлением.

 

Электронно-лучевая трубка с электростатическим управлением состоит из вакуумной колбы цилиндрической формы с расширением к одному концу в виде конуса (рис.2). Почти плоское основание конуса покрыто слоем люминофора. Это экран трубки Э. Электроны, вылетевшие с катода под разными углами к его поверхности, попадают в электрическое поле цилиндра М, окружающего катод (модулятора), или, как его еще иначе называют, управляющего электрода, имеющего отрицательный потенциал относительно катода. Этим полем, поток электронов сжимается и направляется в отверстие модулятора. Так формируется электронный пучок. Интенсивность пучка, а следовательно и яркость светящегося на экране пятна можно регулировать с помощью потенциометра R₁, т.к. поле управляющего электрода помимо сжимающего действия на поток электронов оказывает еще и тормозящее действие. При достаточно большом отрицательном потенциале модулятора можно совсем “погасить” пучок. После модулятора электронный пучок попадает в электрическое поле первого анода, или, как его еще называют, фокусирующего цилиндра. На него подается положительное относительно катода напряжение порядка нескольких сот вольт. Это поле ускоряет электроны в пучке и, благодаря своей конфигурации, сжимает электронный пучок. Таким образом, фокусировка луча достигается изменением потенциала первого анода с помощью потенциометра R₂. Второй анод представляет из себя короткий цилиндр, который располагают непосредственно за первым анодом и подают на него более высокое положительное напряжение (1-5 кВ). этот анод называют еще ускоряющим анодом. В результате электронам сообщается достаточная скорость, чтобы вызвать свечение экрана, а благодаря фокусировке на экране получается светящаяся точка. Система электродов: катод-модулятор-первый анод-второй анод образуют так называемую электронную пушку. Дальше расположены две пары параллельных пластин. Одна из них установлена горизонтально, а другая вертикально. Если к пластинам “Х” и “У” приложить разность потенциалов, то электронный луч будет отклоняться в горизонтальном или вертикальном направлениях. Таким образом, претерпев на своем пути два взаимно перпендикулярных отклонения, электронный луч может быть направлен в любую точку экрана. При отсутствии отклоняющих напряжений на пластинах электронный луч попадает в центр экрана.