14 Осцилографування фізичних процесів
Мета роботи: з'ясувати принцип дії електронного осцилографа, навчитися використовувати осцилограф для спостереження форми сигналу, вимірювання напруги, частоти, різниці фаз, дослідити явища, які виникають при складанні коливань однакового напрямку та взаємно перпендикулярних коливань.
14.1 Теоретичні дослідження
Електронний осцилограф (ЕО) використовується у науковій та інженерній практиці для дослідження характеристик форми напруг або струмів швидкозмінних коливальних процесів, вимірювання їх амплітуд, частот, фаз і визначення тривалості періодичних процесів. Особливо широко використовуються електронні осцилографи для дослідження характеру часових залежностей параметрів різних процесів за їх осцилограмами.
14.1.1 Будова та принцип дії електронного осцилографа
Осцилограф складається з осцилографічного індикатора - електронно-променевої трубки (ЕПТ), підсилювачів, каналів вертикального (Y) та горизонтального (X) відхилень, генератора розгортки, блока живлення та органів керування.
Електронно-променева трубка (рис. 14.1) складається з скляної колби в якій створений високий вакуум. Всередині колби розташовано джерело електронів -катод (I), який безпосередньо нагрівається волоском розжарення (2). Катод знаходиться всередині циліндричного електрода (3).
Зміною негативного потенціалу на електроді (3) регулюється кількість електронів, які проходять крізь його отвір, внаслідок чого змінюється яскравість плями на екрані ЕПТ. Перший анод (4) служить для фокусування, а другий (5) - для прискорення електронів. Катод, волосок розжарення, керуючий електрод та обидва аноди складають електронну гармату.
Виходячи з електронної гармати, сформований електронний промінь проходить між двома парами металевих пластин (6,7), які служать для його відхилення.
1 - катод; 2 - волосок розжарення; 3 - циліндричний електрод; 4 - перший анод;
5 - другий анод; 6 - вертикально розташовані пластини; 7 - горизонтально розташовані пластини; 8 – екран.
Рисунок 14.1 Електронно променева трубка.
Вертикально розташовані пластини (6) служать для відхилення електронного променя у горизонтальній площині (пластини X), а горизонтально розташовані пластини (7)- у вертикальній площині (пластини Y). Якщо електричне поле між пластинами відсутнє, то електронний промінь не відхиляється і при відповідному юстуванні електронно-оптичної системи потрапляє у центр екрана ЕПТ, що викликає його світіння. Якщо прикласти до вертикально відхиляючих пластин напругу U, промінь зміщується на відстань у, яка визначається співвідношенням:
(14.1)
де I - довжина відхиляючої пластини;
d - відстань між відхиляючими пластинами;
L - відстань від пластин до екрану;
U к - різниця потенціалів між другим анодом та катодом (прискорюючи різниця потенціалів).
14.1.2 Підсилювачі та послаблювачі вхідних сигналів
Електронно-променева трубка сама по собі має малу чутливість. Підсилення чутливості ЕО забезпечується підсилювачами напруги. Кожна пара відхиляючих пластин має свій підсилювач. Підсилювач для (Х)- пластин, звичайно, має невеликий коефіцієнт підсилення, так як він призначений головним чином для підсилення достатньо великого сигналу.
Підсилювач Y-пластин, навпаки, має достатньо великий коефіцієнт підсилення. У обох підсилювачів широка смуга пропускання і дуже рівномірна частотна характеристика, тобто коефіцієнт підсилення майже не залежить від частоти.
Якщо на вхід осцилографа подасться достатньо великий сигнал, його можна подавати безпосередньо на відхиляючі пластики або скористатися послаблювачем сигналів (потенціометром).
Електронно-променева трубка, наділена підсилювачами та послаблювачами, може використовуватися як чутливий безінерційний вольтметр, що дозволяє вимірювати напругу, силу струму, активний опір і т. ін. Можливості такого приладу можна значно розширити, якщо забезпечити його генератором розгортки.