Лабораторна робота №5 Тема: «Ознайомлення з роботою електронного осцилографа»

Мета роботи: Ознайомитись з принципом дії осцилографа, оволодіти навичками дослідження швидкоплинних процесів.

Теоретичні відомості.

Принцип дії осцилографа. Осцилограф – це прилад для візуального спостереження, фотографування і дослідження електричних процесів у широкому частотному діапазоні (від постійного струму до надвисоких частот).Спрощена блок – схема осцилографа наведена на рис. 1. Вона складається з таких вузлів: електронно-променева трубка ;канал вертикального відхилення з підсилювачем ; канал горизонтального відхилення з підсилюва-чем ; генератор розгортки ; блок живлення ; блок синхронізації ; калібратор амплітуди та часу.

Рис.1

Основним робочим елементом осцилографа є вакуумована електронно - проме-нева трубка (рис.2).

Рис.2.

Електронно-променева трубка перетворює напругу, що досліджується, на зображення на люмінесцентному екрані осцилографа. Трубка має пристрої регулювання яскравості та фокусування променя та переміщення на екрані за вертикаллю і горизонталлю, які виведені на передню панель у вигляді відповідних ручок.

Отримання і фокусування електронного пучка здійснюється за допомогою так званої електронної пушки, яка складається з декількох елементів (дивись рис.2). Це нагрівач (Н), катод (К), модулятор (М), перший анод (А₁) і другий анод (А₂). Електрони, що вилітають з катода під різними кутами внаслідок явища термоелектронної емісії , попадають в електричне коло модулятора М, який має негативний потенціал відносно катоду. Потік електронів стискується цим полем і спрямовується до отвору, тобто модулятор формує електронний пучок. Змінюючи потенціал модулятора, можна регулювати інтенсивність електронного пучка.

Аноди А₁ і А₂ утворюють фокусуючу систему. Після модулятора електронний пучок потрапляє в електричне поле першого анода А₁, який виконаний у вигляді циліндра або диска, вісь якого збігається з віссю трубки. На перший анод (фокусуючий циліндр) подається позитивний потенціал (відносно катода)–приблизно декілька сот вольт. Змінюючи потенціал першого аноду, можна виконувати основне фокусування електронного пучка. На другий анод А₂ подають більш високий позитивний потенціал, ніж на перший анод, прискорюючи таким чином електронний пучок.

Після того, як електронний пучок пройде отвір другого анода, він потрапляє до двох взаємно – перпендикулярних плоских конденсаторів С₁ і С₂, які відхиляють електронний пучок відповідно у горизонтальному (діє С₁) та вертикальному (діє С₂) напрямах. Змінюючи напругу на пластинах конденса-торів С₁ і С₂, можна спрямувати електронний промінь у будь-яку точку екрана, на якому спостерігається зображення процесу, що досліджується. Якщо напруга на конденсаторах С₁ і С₂ відсутня, то електронний пучок потрапляє в центр екрана і створює світлу крапку.

Принцип отримання осцилограм на екрані осцилографа.

При одночасній дії змінних напруг на пластини конденсаторів С₁ і С₂ , залежно від співвідношення частот, амплітуд і фаз цих напруг на екрані будуть спостерігатися різні візуальні зображення. Для візуального спостереження дійсної форми електричного сигналу (напруги), що змінюється у часі за законом U_{дослідна}=ƒ(t), необхідно, щоб напруга, що подається на пластини конденсатора С₁ була пропорційна часу і змінювалась лінійно. Це так звана напруга розгортки - лінійна функція напруги від часу Ư_{розгортки} = φ(t) (дивись рис.3). Під дією цієї напруги промінь буде рухатися вздовж осі Х з постійною швидкістю, значення якої залежить від частоти напруги розгортки. При цьому напруга розгортки повинна змінюватися лінійно протягом того часу, який необхідний для того, щоб “ розгорнути” досліджувану напругу на всю довжину екрана. Після цього величина напруги розгортки повинна різко спадати до нуля, повертаючи електронний пучок в початок екрана . Таку змінну напругу пилкоподібної форми забезпечує генератор розгортки, вмонтований в корпус осцилографа. Якщо період розгортки напруги Т_х є цілим кратним періоду сигналу, що досліджується (тобто Т_х = nТ_у), то осцилограма на екрані буде нерухомою і буде містити n періодів напруги, що досліджується. Період розгортки регулюється як «дискретно» так і «плавно» ручкою «частота», винесеною на панель осцилографа.

Рис.3.

Досліджуваний сигнал подається на вертикально розгортаючі пластини Y конденсатора С₂. Якщо генератор розгортки в цей час виключений, тобто напруга розгортки не подається на пластини конденсатора С_1, досліджуваний процес не “розгортається” вздовж Х у часі, і на екрані осцилографа промінь буде рухатися лише у вертикальному напрямку вздовж осі Y. Якщо тепер подати напругу розгортки на конденсатор С₁, то електронний промінь буде одночасно відхилятись у вертикальному напрямку за законом зміни напруги U_{дослідна} = U_у і переміщатися (розгортатися) у горизонтальному напрямку (вздовж осі Х) під дією напруги Ư_{розгортки}=U_х. Таким чином, на екрані візуально буде спостерігатися картина досліджуваного процесу.

Чутливість власне електронно-променевої трубки незначна, тому в кожному з каналів (Х та Y) встановлені підсилювачі . Для того щоб можна було подати будь-який сигнал безпосередньо на відхиляючі пластини електронно-променевої трубки, в осцилографах, як правило, передбачаються спеціальні вхідні гнізда пластин. Вони розташовуються на лицевій або тильній частині осцилографа. Як вже було сказано, при виконанні умови Т_х= nТ_у осцилограма на екрані буде нерухомою. Такий режим роботи називають синхронізованим. Синхронізацію можна здійснювати і зовнішньою напругою, яка повинна подаватися на гніздо х при відключеному генераторі розгортки.