2. Электронные осциллографы Электронные осциллографы

Электронный осциллограф – это прибор, служащий для наблюдения и измерения параметров электрических сигналов. В нем используется отклонение электронного луча для получения изображения мгновенных значений функциональных зависимостей переменных величин, одной из которых обычно является время.

Для исследования зависимости электрического напряжения от времени исследуемое напряжение подается на вход "Y" осциллографа и включается генератор развертки, вырабатывающий линейно изменяющееся напряжение.

Для исследования зависимости одного напряжения (тока) от другого первое из указанных напряжений подается на вход "Y", а второе – на вход "Х", генератор развертки в этом случае отключается.

Существуют многолучевые и многоканальные осциллографы. В многолучевых осциллографах применяются специальные многолучевые электронные трубки, а в многоканальных – специальные коммутаторы электрических сигналов, позволяющие наблюдать несколько сигналов на экране однолучевой ЭЛТ.

Понять принцип работы электронного осциллографа поможет рисунок 2.16, на котором приведена структурная схема осциллографа.

Структурная схема осциллографа включает:

·  электронно-лучевую трубку  (ЭЛТ);

·  канал "Y" (канал вертикального отклонения луча), содержащий входное устройство, предварительный усилитель Y, линию задержки сигнала, оконечный усилитель Y;

·  канал "Х" (канал горизонтального отклонения луча), содержащий генератор развертки по оси Х, устройство синхронизации, предварительный и оконечный усилители Х;

·  канал  Z (канал управления яркостью луча); 

·  калибровочное устройство.

Кроме этого в состав электронного осциллографа входят не показанные на структурной схеме низковольтный и высоковольтный выпрямители.

3. Эквивалентные схемы для источников энергии. Источники эдс и источники тока.

При расчетах электрических цепей реальные источники электрической энергии заменяются одной из двух эквивалентных схем.

Первая схема замещения, состоящая из идеального источника ЭДС Ε и внутреннего сопротивления r_вт, была получена в § 1.10.

Для цепи, состоящей из реального источника электрической энергии с постоянными ЭДС E и внутренним сопротивлением r_вт, замкнутого на резистор с сопротивлением r (рис. 1.14), как известно из (1.35), можно написать, что ЭДС

Ε = υ + υ_вт = υ + r_втI.

Поделив правую и левую части уравнения на внутреннее сопротивление r_вт, получим

 

   (2.30)

 

где, как и ранее, I_к=E/r_вт, а I₀=U/r_вт.

Уравнению (2.30) отвечает вторая схема замещения источника, показанная на рис. 2.13. Она состоит из идеального источника тока, изображенного кружком с двумя стрелками внутри и буквой I_к рядом, внутреннее сопротивление которого бесконечно велико, и параллельно присоединенного внутреннего сопротивления r_вт источника питания.

Рис 2 13. Схема замещения реального источника тока

Ток короткого замыкания источника I_к, равный частному деления ЭДС источника на внутреннее сопротивление, является характеристикой источника, так как он не зависит от нагрузки (тока I) и сопротивления r. Поэтому источник, ток которого не изменяется и равен I_к, и называют источником тока. Стрелки внутри кружка показывают направление тока источника. Таким образом, вторая возможная схема замещения (рис. 2.13) также состоит из двух элементов: идеального источника тока и сопротивления r_вт, равного внутреннему сопротивлению реального источника питания.

Схемы замещения по рис. 2.13 и 2.14 эквивалентны для приемников, которые можно к ним присоединять, так как при том же сопротивлении r расчет тока I и напряжения U=rI дает одинаковые численные значения. Поэтому внешняя характеристика источника тока по рис. 2.13 такая же, как у источника ЭДС по рис. 1.14, т. е. характеристика рис. 1.16, а общая для обоих источников.

Из уравнения (2.30) также следует, что неизменный тok I_к источника тока складывается из двух составляющих: одна из них представляет собой ток 1 в сопротивлении нагрузки, другая — ток I_о, замыкающий через параллельно присоединенное внутреннее сопротивление источника энергии I_вт-

 

Рис. 2.14. Обозначение идеального источника тока (а) и его внешняя характеристика (б)

Ток I_к распределяется в параллельных ветвях (рис. 2.13) обратно пропорционально сопротивлениям ветвей r_Вт и r [см. (2.12) и (2.13)]:

Если внутреннее сопротивление источника r_Вт много больше сопротивления приемника r, т. е. ток I много больше тока I_о, то последним можно пренебречь и считать, что

                                         (2.31)

В этом случае и получается только идеальный источник тока, так как в схеме замещения отпадает ветвь с сопротивлением r_вт (рис. 2.14, a). Ток идеального источника тока не зависит от сопротивления нагрузки и остается равным I_к. Внешняя характеристика идеального источника тока показана на рис. 2 14,б. В этом случае при изменяющейся нагрузке напряжение приемника изменяется пропорционально сопротивлению приемника, так как по закону ОмаU = rI_K, а ток равен постоянной величине I_к.

Рассмотренные схемы замещения с источником ЭДС и с источником тока, эквивалентные для внешних участков цепи (одинаковы внешние характеристики и режимы приемников), не эквивалентны в отношении мощности потерь внутри источника.

Для схемы с источником ЭДС мощность потерь r_втI²=r_вт(U²/r² ), для схемы с источником тока мощность потерь r_ВтI^2=r_вт^(U2/r²). Они очевидно, не равны друг другу, поэтому замена одной из схем замещения другой допустима только для участков цепи, находящихся вне источников.

Источники ЭДС и тока имеют два внешних вывода (а и б), т.е. это двухполюсники (см. § 2.1), но не пассивные, а активные (рис. 2.15). Следует обратить внимание на различие в выборе направлений токов у пассивных (рис. 2.3) и активных А (рис. 2.13—2.15) двухполюсников.

Рис 2 15. Активный двухполюсник

Активным двухполюсником, является любая часть электрической цепи с двумя выводами (а и б), к которым могут присоединяться другие участки цепи, если она содержит источники питания. Зависимость U (I) активного двухполюсника, как и для источника ЭДС, называется его внешней характеристикой (рис. 1.16,а). Поэтому для расчета режимов участков, присоединяемых к активному двухполюснику, последний можно заменить источником с ЭДС, равной напряжению холостого хода Ε =U_x, и внутренним сопротивлением r_BT=U_k/I_K (или источником тока).

Источники ЭДС и источники тока. Их эквивалентность

В расчетах электрических цепей, кроме источников ЭДС, используют источники тока (рис. 1.5).

Источник тока – это такой идеальный источник, который вырабатывает неизменную по величине силу электрического тока () независимо от нагрузки.

Реальный источник тока – это такой источник, у которого внутреннее сопротивление не равно бесконечности ().

Докажем, что любому источнику с электродвижущей силой E и внутренним сопротивлением R_E (рис. 1.5, а) может быть найден источник тока J с тем же внутренним сопротивлением R_E (рис. 1.5, б).

Если U и I в цепях (рис. 1.5) равны, то обведенные контуром части схем эквивалентны.

Пусть сопротивления R_В в цепях (рис. 1.5) одинаковы. В цепи (рис. 1.5, а) ток можно определить по закону Ома:

.

(1.1)

В цепи (рис. 1.5, б) ток равен: . С другой стороны:, тогда

.

(1.2)

Сравнивая формулы (1.1) и (1.2), можно убедиться, что . Это и есть условие эквивалентности источников.

Значит, доказано, что реальному источнику Е, R_в всегда можно найти реальный источник тока J, R_в. Но идеальному источнику Е нельзя найти эквивалентный идеальный источник J, так как внутренние сопротивления у них не могут быть одинаковыми (R_Е = 0, а R_J = )