ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2–12

ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОННОГО ОСЦИЛЛОГРАФА

Приборы и принадлежности: электронный осциллограф "Тесла", монтажная панель.

Цель работы: ознакомление с электронным осциллографом и определение его чувствительности.

1. Краткая теория

Электронный осциллограф представляет собой прибор, позволяющий изучать кривые, характеризующие изменение токов и напряжений в электрических цепях и дающий возможность измерять напряжение, фазу, частоту, длительность электрических процессов, процент модуляции и так далее. Осциллографы широко применяются в промышленности и в научных исследованиях.

Осциллограф состоит из четырех основных узлов: электронно-лучевой трубки, генератора развертки, усилителя и блока питания. Основными и наиболее характерными для осциллографа узлами являются электронно-лучевая трубка и генератор развертки, поэтому ознакомимся с их устройством и работой подробней.

Электронно-лучевая трубка представляет собой обычно стеклянную трубку, из которой воздух откачен до значительного разряжения (рис.45). В узкий конец трубки вмонтирована так называемая "электронная пушка" - устройство, состоящее из нити накала, катода, анода и фокусирующего устройства. Электроны, вылетающие из накаленного катода, разгоняются электрическим полем, имеющимся между катодом и анодом, до большой скорости, а фокусирующее устройство сводит их в тонкий пучок - электронный луч.

Широкое плоское дно трубки (ее экран) покрыто изнутри слоем вещества, флуоресцирующего под действием ударов электронов. Хорошо сфокусированный электронный луч, дает на экране небольшое четко светлое пятно. Между "электронной пушкой" и экраном расположены две пары взаимно перпендикулярных управляющих пластин в виде плоских конденсаторов (рис.45). Когда конденсаторы заряжены, то один из них (С₁) создает вертикально направленное электрическое поле, а другой (С₂) - горизонтально направленное поле. Конденсатор С₁ вызывает вертикальное перемещение электронного луча, а конденсатор С₂ - горизонтальное. Если к конденсаторам подвести переменные напряжения Е₁ и Е₂, то электронный луч, под действием полей обоих конденсаторов, будет совершать сложное движение, в результате чего светлое пятнышко на экране будет описывать кривую линию, в соответствии с законами сложения взаимно - перпендикулярных колебаний. Пусть эти взаимно-перпендикулярные колебания описываются следующими соотношениями: x=x₀sin(ω₁t) и y=y₀sin(ω₂t + φ₀). Здесь x₀, y₀, ω₁, ω₂ соответственно, амплитуды и частоты взаимно-перпендикулярных колебаний, а φ₀ – сдвиг фаз, t – время. Сложение колебаний на экране осциллографа будет аналогичен построению графиков двух параметрически заданных функций x и y, где t – параметр. На экране осциллографа будут наблюдаться быстро изменяющиеся по времени фигуры, но при условии ω₁/ω₂ = n - целому (или полуцелому) числу, эти фигуры фиксируются. В зависимости от значения n эти фигуры (фигуры Лиссажу), будут иметь определенное число точек пересечения, а в зависимости от значения величины сдвига фаз φ₀ – угол наклона фигуры относительно осей. Например, при n=1 (ω₁ = ω₂) получается эллипс (частными случаями которого, в зависимости от φ₀, могут быть прямые или окружность, это проиллюстрировано на рис.46).

Некоторые примеры фигур Лиссажу в зависимости от соотношения между ω₁ и ω₂, а также значения φ₀ (на представленных рисунках амплитуды взаимно - перпендикулярных колебаний равны: x₀ = y₀).