33. Электронно‑лучевой осциллограф
Электронно(лучевой осциллограф используется для визуального наблюдения и регистрации формы и параметров электрических сигналов в диапазоне частот от постоянного тока до десятков мегагерц.
Функциональная схема электронно(лучевого осциллографа приведена на рисунке 38. Основным узлом осциллографа является вакуумная электронно(лучевая трубка ЭЛТ, которая преобразует электрические сигналы в световое изображение. Катод 2, подогреваемый нитью накала 1, является источником свободных электронов, которые формируются в электронный луч и фокусируются первым анодом 4 на экране 8 ЭЛТ. Ускорение электронов луча осуществляется вторым анодом 5.
При соударении электронов с экраном 8 их кинетическая энергия преобразуется в световое излучение посредством катодолюминофоров, т. е. веществ, светящихся под действием бомбардировки их электронами.
Время послесвечения (после прекращения действия электронного луча) может составлять от 0,05 до 20 с и более.
Изменяя отрицательный потенциал электрода 3 по отношению к катоду, можно воздействовать на значение тока электронного луча, а следовательно, и на яркость свечения изображения на экране.
Рис. 38. Схема электронно(лучевого осцилографа
Управление лучом ЭЛТ осуществляется посредством трех каналов управления x, y, z, которые обеспечивают получение развернутого изображения исследуемого электрического сигнала в функции времени. Канал у осуществляет вертикальное отклонение луча по оси у системы координат и непосредственно связан с исследуемым сигналом. Канал x обеспечивает горизонтальное отклонение луча по оси времени x системы координат. Канал z управляет яркостью луча.
Для создания линейного масштаба по оси времени x необходимо равномерное перемещение электронного луча по горизонтали, что обеспечивается подачей на горизонтально отклоняющие пластины 7 ЭЛТ линейно нарастающего напряжения развертки.
Если при этом отсутствует напряжение на вертикально отклоняющих пластинах 6, на экране осциллографа появляется горизонтальная линия. При одновременной подаче исследуемого напряжения на пластины 6 и напряжения развертки на экране осциллографа появляется осциллограмма, дающая полное представление о форме, амплитуде, частоте исследуемого напряжения.
В канале x частота генератора развертки недостаточно стабильна. Для получения устойчивого изображения на экране осциллографа необходимо выполнение равенства:
Tx = nTy,
где Tx – период напряжения развертки;
Тy – период исследуемого напряжения;
n = 1, 2, 3… .
Это равенство обеспечивается устройством синхронизации, которое «подстраивает» частоту генератора развертки под частоту исследуемого напряжения.
Если «подстройка» производится исследуемым сигналом, то она называется внутренней синхронизацией, если от какого(либо другого сигнала – внешней синхронизацией.
С целью определения масштаба осциллограмм по осям абсцисс и ординат в осциллографе предусмотрены калибраторы длительности и амплитуды.
34. Назначение, устройство и принцип действия трансформатора
С целью экономичной передачи электроэнергии на дальние расстояния и распределения ее между разнообразными потребителями появляется необходимость в ее трансформации. Последнее осуществляется с помощью повышающих и понижающих трансформаторов.
Рис. 39. Пояснение устройства и принципа действия трансформатора
Трансформатор – статический электромагнитный аппарат, его действие основано на явлении взаимной индукции, он предназначен для преобразования электрической энергии переменного тока с параметрами U1, I1 в энергию переменного тока с параметрами U2, I2 той же частоты.
Трансформатор (рис. 39) состоит из ферромагнитного магнитопровода 1, собранного из отдельных листов электротехнической стали, на котором расположены две (ω1, ω2) обмотки, выполненные из медного или алюминиевого провода. Обмотку, подключенную к источнику питания, принято называть первичной, а обмотку, к которой подключаются приемники, – вторичной. Все величины, относящиеся к первичной и вторичной обмоткам, принято соответственно обозначать индексами 1 и 2.
Если первичную обмотку трансформатора с числом витков ω1 включить в сеть переменного тока, то напряжение сети U1 вызовет в ней ток I1 и МДС I1ω1создаст переменный магнитный поток Ф. Переменный магнитный поток Ф создаст в обмотке ω1 ЭДС E1 а в обмотке ω2 – ЭДС E2. Когда есть нагрузка, электрическая цепь вторичной обмотки оказывается замкнутой, и ЭДС Е2 вызовет в ней ток I2. Таким образом, электрическая энергия первичной цепи с параметрами U1, I1 и частотой f будет преобразована в энергию переменного тока вторичной цепи с параметрами U2, I2 и f.
e1 = –ω1dF / dt, e2 = –ω2dF / dt.
Их действующие значения (при синусоидальном изменении) соответственно равны:
E1 = 4,44ω1fFm,
E2 = 4,44ω2fFm.
Разделив значения ЭДС первичной цепи на соответствующее значение ЭДС вторичной цепи, получим
Величина n называется коэффициентом трансформации трансформатора. Электрическая энергия из первичной цепи во вторичную в трансформаторе передается посредством переменного магнитного потока, поскольку гальваническая связь между первичной и вторичной обмотками трансформатора отсутствует.
Отношение значений ЭДС Е1 и Е2 равно отношению числа витков первичной и вторичной обмоток.