Краткая теория

Лабораторная работа № 251

ЭЛЕКТРОННЫЙ ОСЦИЛЛОГРАФ

Приборы и принадлежности: осциллограф, лабораторная установка, генератор сигналов звуковой частоты.

Краткая теория

Электронный осциллограф предназначен для визуального наблюдения и фотографирования изменений•исследуемого электрического сигнала во времени. Кроме того, он может быть использован для измерения амплитуды, частоты, фазы электрического сигнала и т.д.

Упрощенная структурная схема осциллографа приведена на рис. 1. Основным узлом осциллографа является электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), представляющая собой вакуумный баллон, внутри которого помещены электронная пушка, отклоняющая система и экран, покрытый люминофором, светящимся под ударами электронов (рис. 2).

Рис. I. Структурная схема осциллографа

Электронная пушка создает пучок электронов, фокусирует и ускоряет его. Она состоит (см. рис.2) из катода I, подогреваемого нитью накала 2, управляющего электрода 3, фокусирующего анода 4 и ускоряющего анода 5.

Электроны, излучаемые накаленным катодом, проходят через отверстие в управляющем электроде, потенциал которого (отрицательный относительно катода) определяет интенсивность проходящего пучка электронов, а, следовательно, и яркость светящегося пятна на экране ЭЛТ. Затем пучок электронов фокусируется в поле первого анода и ускоряется вторым анодом. В электрических полях электронной пушки электроны разгоняются до скорости порядка 10 м/с.

Процесс фокусировки электронного пучка в ЭЛТ подобен фокусировке световых лучей оптическими линзами, роль которых в ЭЛТ выполняют электростатические поля (электростатические линзы).

Отклоняющая система состоит из двух пар плоских пластин, отклоняющих луч по вертикали (пластины У) и по горизонтали (пластины X). Если напряжение на отклоняющих пластинах отсутствует, то светящаяся точка находится в центре экрана. Если же подать на одну из пар пластин постоянное напряжение, направление электронного луча изменится, и светящаяся точка на экране сместится на расстояние, пропорциональное поданному напряжению. В случае переменного напряжения электронный луч будет колебаться в плоскости, перпендикулярной плоскости пластин, а на экране появится светящаяся линия.

Осциллограф можно использовать в двух режимах: в первом случае на отклоняющие пластины трубки через усилители Y и X подают два

исследуемых сигнала (см. рис. 1). Во втором, наиболее общем случае исследуемый сигнал подается на вход Y, а на вход X подается напряжение от генератора развертки. Под действием пилообразного напряжения развертки луч отклоняется от одного края экрана до другого (рис. 3), а затем быстро возвращается обратно. При совместном воздействии на луч линейного напряжения развертки и напряжения исследуемого сигнала на экране ЭЛТ возникает кривая, соответствующая форме исследуемого сигнала (форме его изменений во времени). Для получения неподвижной картинки исследуемый сигнал должен быть обязательно периодическим, а период развертки должен быть равен целому числу периодов сигнала.

В этом случае за каждый период развертки луч "рисует" одну и ту же картинку. Синхронизация частот развертки и сигнала может производиться либо самим исследуемым сигналом, либо с помощью внешнего источника. Соответственно различают внутреннюю и внешнюю синхронизацию.