dircurrent1

Ýêð

Оптический эквивалент системы двух диодов Рис. 4.

Так как, потенциал второго анода выше потенциала первого анода, то электрическое поле между ними направлено от второг о к первому аноду.

На электрон, попадающий в электрическое поле анодов, дейс твует сила касательная к силовой линии. Например, сила F в точке В силовой линии. Эту силу F можно разложить на составляющие: продольную — F1, которая ускоряет движение электрона вдоль оси трубки, и поперечную F2, отклоняющую электрон к оси.

Аналогичные силы действуют и в точке С траектории. Но здес ь поперечная сила F¢2 уже отклоняет электрон от оси.

Таким образом, действие системы анодов эквивалентно дейс твию оптической системы из собирательной и рассеивающей линз (рис. 4- 3). Поэтому фокусирующую систему анодов электронно-лучево й трубки называют иногда электростатической линзой. Измен яя величину напряжения на первом аноде, который называется фок усирующим электродом, можно менять электрическое поле между анодами и тем самым перемещать точку фокуса вдоль оси трубки , до-

71

биваясь совмещения с ее поверхностью экрана. Благодаря эт ому на экране трубки получается светящееся пятно малого диамет ра.

2. Отклоняющая система трубки. Назначение блоков развертк и и синхронизации.

На пути к экрану электронный луч проходит между двумя пар а- ми взаимно перпендикулярных пластин ХХ и УУ, образующих э лектростатистическую систему электронно-лучевой трубки (ри с. 2). При подаче напряжения на пластины ХХ и УУ происходит отклонен ие луча. Пластины ХХ, отклоняющие луч по горизонтали, называю тся горизонтально-отклоняющими пластинами. Пластины УУ откл оняющие луч по вертикали — вертикально-отклоняющие.

Если подать на каждую пару пластин постоянное напряжение , то оно вызовет смещение луча в сторону пластины, находящейся под положительным потенциалом. Когда на пластины подается переменное напряжение, то перемещение светящегося пятна по экран у образует непрерывную светящуюся фигуру. Обычно исследуемое н апряжение подается на вертикально отклоняющуюся пластины.

Для получения на экране трубки изображения изменения исс ледуемого напряжения (осциллограммы) во времени, необходим о развернуть его во времени. С этой целью на горизонтально откл оняющиеся пластины подается напряжение, величина которого пр ямо пропорциональна времени. Это напряжение вырабатывается в бл оке разверстки осциллографа и имеет пилообразную форму (рис. 5).

При линейном возрастании напряжения на участке АВ переме - щение светящейся точки будет прямопропорционально врем ени. На

72

участке ВС напряжение разверстки будет резко падать до 0, и световое пятно практически мгновенно возвращается в исходное положение (обратный ход луча). Далее цикл повторяется. Световую л инию на экране, создаваемую этим напряжением, принимают за ось времени. При одновременной подаче исследуемого напряжения Uó на пластины УУ и пилообразного напряжения развертки Uõ на горизонтально отклоняющиеся пластины ХХ электронный луч буд ет одновременно перемешаться в вертикальном и горизонталь ном направлениях. При этом луч будет прочерчивать на экране раз вернутую диаграмму исследуемого напряжения. Для случая синусо идального напряжения Uó этот процесс представлен графически на рис. 6.

Для получения на экране трубки неподвижного изображения необходимо, чтобы при каждом перемещении луча вдоль линии развертки на него действовали каждый раз в одних и тех же точк ах линии развертки одинаковые напряжения на пластинах УУ. Это возможно только в тех случаях, когда период развертки равен ц елому числу периодов исследуемого напряжения, т.е.

Uó

Ó

Ðèñ. 6.

73

Выполнение условия (1) называется синхронизацией частоты напряжения развертки с частотой исследуемого сигнала. Эту о перацию осуществляет блок синхронизации осциллографа.

3. Назначение блоков усиления

Если исследуемое напряжение имеет малую величину, то их п редварительно усиливают с помощью блоков вертикального и го ризонтального (если нет необходимости в развертке) усиления ос циллографа для исследования высоких напряжений в осциллографа х предусмотрены делители входных напряжений.

Порядок выполнения работы

Упражнение ¹ 1. Ознакомление с работой осциллографа. Наблю - дение формы кривой синусоидального напряжения.

1.Подготовить осциллограф к работе. Для этого поставить ру - коять «Диапазон частоты» блока развертки в положение «Вы кл.», а тумблеры на задней панели осциллографа переключить в пол ожение (рис. 8).

2.Включить осциллограф в сеть переменного тока: тумблер — «Сеть и МЭЛ. Луч» — вверх. После прогрева прибора (3-4 мин), вращая ручку «Ось Х» влево-вправо и «Ось У» вниз-вверх доби ться появления светящейся точки на экране и установить ее в це нтр координатной сетки осциллографа. С помощью ручек «Фокус» и «Я р- кость» добиться минимального размера светящегося пятна .

3.Включить тумблер на задней панели «Усиление Х» и «Усиление У».

4.Включить генератор развертки, меняя положение ручки «Ди а- пазон частот». Изменяя частоту развертки рукоятками «Диа пазон частоты» и «Частота плавно», а также вращая влево ручку «У силение Х» (справа в низу, получить на экране горизонтальную ли нию.

5.На вертикальный вход осциллографа (клеммы «Вход», «Земля» слева) подключить напряжение выхода звукового генера тора. Включить звуковой генератор в сеть и установить произвол ьную частоту напряжения на выходе генератора.

6.Включив ручку «Сихронизация» в положении «Внутр» или от «Себя» и изменяя частоту ручками «Диапазон частот» и «Час тота плавно» добиться четкого неподвижного изображения сину соиды

74

на экране осциллографа. Величину амплитуды следует устан овить в пределах экрана осциллографа ручкой «Усиление У».

7.Изменяя частоту напряжения выхода звукового генератора , добиться каждый раз устойчивости изображения согласно п . 6ю

8.Упражнение выполнить для трех различных частот.

Упражнение ¹ 2. Определение чувствительности электронно-л у- чевой трубки осциллографа

Одним из основных параметров электронно-лучевых трубок я в- ляется чувствительность d, показывающая на сколько миллиметров перемещается луч по экрану при изменении напряжения на от клоняющих пластинах на 1 вольт. Знание чувсвтвительности позво ляет измерять величину напряжения, подаваемого на отклоняющи е пластины. Чувствительность принято выражать в мм/вольт. Мате мати- ческая чувствительность трубки определяется по формуле

S = Uh , (2)

где S — чувствительность в мм/вольт

h — отклонение луча на экране трубки в мм U — напряжение, вызывающее отклонение.

С другой стороны чувствительность определяется рядом вн утренних параметров трубки, а именно

где l — длина пары отклоняющих пластин Z — расстояние от середины пластин, в мм d — расстояние между пластинами

Ua2 — напряжение на втором аноде, в вольтах.

Формулу (3) можно получить рассматривая движение электрон а в поле отклоняющейся пары пластин (см. рис. 7.)

l Z

d

Ðèñ. 7.

75

Порядок выполнения упражнения 2.

Подготовить осциллограф к измерениям. Открыть дверцу на з адней стене осциллографа и отключить усилители Х и У. Установить переключатель Х и У (рис. 8) в верхнее положение. Следуя пунк ту 1 и 3 упражнения. Собрать схему согласно рис. 8.

Ðèñ. 8.

4. Подавая последовательное напряжение, 10-20-30 вольт, измерить для каждого значения напряжение длину световой лини и в мм, полученные данные занести в таблицу ¹ 1. Вычислить чувстви тельность по формуле

ãäå Z* — длина световой линии

Uõ — величина поданного напряжения.

5.Для определения чувствительности вертикально отклоняю щих пластин следует выключить автотрансформатор (латор ВС-24М ) и переключить проводники с клемм Х на клеммы У.

6.Следуя п. 4 определить чувствительность вертикально откл о- няющих пластин

Упражнение ¹ 3. Определение частоты сигналов с помощью фигур Лиссажу.

При помощи осциллографа можно производить определение ч а- стот переменных напряжений.

В этом случае исследуемое колебание неизвестной частоты скла-

76

дывается с взаимоперпендикулярным ему колебанием извес тной ча- стоты. В результате сложения луч, участвуя в обоих колебан иях, прочерчивает на экране осциллографа кривые сложной форм ы, называемые фигурами Лиссажу. По виду фигур Лиссажу можно оп ределить как отношение частот, так и разность фаз складывае мых колебаний.

Рассмотрим два взаимоперпендикулярных колебания Х и У с ч а- стотами Vx = 10 è Ve = n10 и разностью фаз j:

Исключив из этих уравнений время, получим уравнение траек тории движения луча. Вид уравнения будет определяться значе ниями величины n, j, Xo, Óo. Åñëè n = 1; ò.å. wõ = wó то уравнение траектории имеет вид:

которое является уравнением эллипса. Вид эллипса зависит от величины j и амплитуд Хî, Óî. Если j = 0, то эллипс вырождается в

прямую. Если ϕ = π2 то получается эллипс, оси которого совпада-

ют с осями координат. При Хî = Óî эллипс переходит в окружность. При произвольных значениях j складываемых колебаний траектория будет сложной. Существует простой метод, позволяющий по фигурам определять отношение частот складываемых колеб аний. Можно показать, что отношение числа пересечений неподвиж ной фигуры Лиссажу с координатными осями равно соответственно ча- стот, т.е.

vx = nó

vy nõ

ãäå nx — число пересечений линий фигуры с осью Х ny — число пересечений линий фигуры с осью У

vx, vy — частоты напряжений, подаваемых на пластины соответственно.

В случае, когда ось координат проходит через точку пересе чения

77

линий фигур Лиссажу, при подсчете nx è ny ее считают дважды. Например:

Ó

Ó

Рис. 9. Порядок выполнения упражнения 3 1. Собрать схему в соответствии с рис. 10.

2.Выключить генератор разверстки осциллографа. Следуя уп ражнению 1, подготовить осциллограф к работе. Включить тумбле ры на задней панели в положение «Вверх» (см. рис. 8).

3.Включить в сеть звуковой генератор и автотрансформатор напряжение на выходе трансформатора установить на 5V.

4.Вращая ручку «усиление Х» добиться изображения горизон - тальной линии на экране в ½ длины координатной сетки.

5.Вращением рукоятки звукового генератора «Амплитуда» ил и «Регулятор выхода» добиться появления на экране фигуры Л иссажу. Высота фигуры на экране устанавливается рукояткой «Ус иление».

78

6.Плавно вращая регулятор частоты звукового генератора, д о- биться появления устойчивой фигуры.

7.Определить число пересечений nõ è nó и вычислить при данном делении шкалы w регулятора частоты значения vy(vx = 50 Ãö).

8.Изменяя частоту генератора, добиться новых устойчивых ф и- гур, определяя для каждого N величину vó. Измерения проделать для

восьми различных фигур Лиссажу vy = nx vx . ny

9. Результаты занести в таблицу 2 и полученным данным постро - ить график vy = f(N).

79

Лабораторная работа ¹ 11

Моделирование электростатического поля (электролитическая ванна)

Цель работы: изучение основных свойств и характеристик электростатического поля и метода его моделирования, построен ие силовых линий и эквипотенциалей плоского поля в заданной сист еме электродов» изучение взаимосвязи между потенциалом и на пряженностью; экспериментальное определение емкости системы электродов и распределения поля между ними

Теоретические сведения

I. Помещенные в пространстве неподвижные электрические за - ряды создают в нем изменения, проявляющиеся в том, что на др угие заряды, помещенные вблизи от них, действуют кулоновские с илы.

Говорят, что система зарядов создает электростатическое поле. Кулоновская сила зависит от формы и размера наэлектризов анных тел и характера распределения зарядов на них, но для точеч ных электрических зарядов представляется так:

диэлектрическая проницаемость вакуума.

80