Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

ФПЭ-14

.pdf
Скачиваний:
33
Добавлен:
24.03.2015
Размер:
971.12 Кб
Скачать

~инистерство образования Российской ~едерапии

~осковская государственная академия тонкой химической технологии им. ~.В.Ломовосова

Кафедра физики

ЛухинаВ.Н.

Изучение электронного осциллографа (фПЭ-14)

(Учебно-методическое пособие)

Москва 2004

http://www.mitht.ru/e-library

УДК: 539.169.6

Лухива В.Н.

Изучение электроппоrо осциллоrрафа (ФПЭ-14).

Уч.-метод. пособиеjИПЦ МИТХТ, 2004, стр.25, табл.3, рис.11

Методическая разработка предназначена для студентов

второго курса, выполняющих лабораторные работы в

физическом практикуме по курсу "Электричество и магнетизм" .

В методическом пособии изложены теоретические

основы работы ФПЭ-14, дано описание используемых в

работе приборов, даны указания по методике и

последовательности выполнения работы и выполнению

расчетов, приведены контрольные задания.

http://www.mitht.ru/e-library

3

Лабораторная работа ФПЭ-14

Изучение электронного осциллографа

14.1. Цель работы

Ознакомление с устройством и принципом работы электронного осциллографа, изучение формы электрических сигналов путем

визуального наблюдения их на экране, а также измерение их

амплитуды и временных параметров.

14.2. Устройство и припцип работы электронного

осциллографа

Электронный осциллограф является современным прибором,

предназначенным для исследования быcrpoпеременных электрических

процессов. Прибор работает в реальном масшгабе времени праюически

,без запаздьmания.

Главным элементом осциллографа ЯВJIЯется электронно-лучевая трубка. Промышленность выпускает два типа электронно-лучевыx трубок - с электрическим и магнитным управлением фокусировкой и отклонением электронного луча. В первом случае ДЛЯ указанных

целей используется электрическое поле, во втором - магнитное. В

данной работе, с учетом используемого типа осциллографа, мы

ограничимся описанием трубки с электростатическим управлением.

Электронно-лучевая трубка (рис.14.1) представляет собой откачанный до высокого вакуума стеклянный баллон, внутри

которого размещены три его основные части - электронная пушка

(элементы 1, 2, 3,4, 5), отклоняющие пластины 6 и 7 и экран 8,

покрытый внутри слоем флюоресцирующего вещества.

Электронная пущка предназначена для получения и

фокусировки на экране 8 электронного луча. Она состоит из катода

http://www.mitht.ru/e-library

2 с подогревателем 1, УПfi:МЯю.шe.r0-~ТР~ JjИ двух анодов 4 и 5.

3

1.

2

 

4

s

8

6

Рис. 14.1. Электронно-лучевая трубка.

Источником электронов служит отрицательно заряженный наrpетый

катод 2, который расположен внутри управляющего электрода 3,

имеющего форму цилиндра с отверстием в ТОРllевой части. Управляющий электрод 3 имеет отрицательный потенциал

относительно катода, поэтому вылетевшие из катода электроны будут

отклоняться к оси трубки. При увеличении отрицательного потенциала часть электронов настолько сильно отклонится, что не проЙдёт через

отверстие управляюшего электрода, а это приведет к уменьшению

интенсивности (и, следовательно, яркости на экране) электронного

луча. Таким образом, яркость луча на экране регулируется изменением

отрицательного потенциала на управляющем электроде.

Дальнейшее формирование пучка и его фокусировка на экране осуществляются действием двух анодов (рис. 14.2).

УnfQ6МЮЩJоО:

911 екrр"Э

--

- -

Рис. 14. 2. Электронная пушка.

http://www.mitht.ru/e-library

5

Первый анод - цилиндрический с двумя или тремя диафрагмами, которые служат для улавливания электронов, не

удовлетворяющих условиям фокусировки. Второй анод - также

цилиндрический, но большего диаметра. Оба анода имеют положительные JIOтенциалы относительно катода (первый""'" 1 кВ,

второй -., 4 кВ).

На рис. 14.2 пунктиром показан.ы траектории движения

электронов, а сплощными линиями - эквипотенциальные

поверхности электрического поля, образующегося при подаче

положительных потенциалов на аноды.

Пройдя через отверстие в управляющем электроде, электроны

ускоряются электрическим полем с одновременным отклонением к

оси нучка. При этом действие эквипотенциальных поверхностей,

направленных выпуклостью к катоду, равносильно действию

собирающей линзы: траектории электронов изmбаются в направлении к оси системы. Действие эквипотенциальных поверхностей,

выпуклость которых направлена от катода, равносильно действию

рассеивающей линзы. Таким образом, вся система эквивалентна двум

выпукло-вогнутым линзам (рис. 14.3).

--- - -

-- --=- ---

Рис. 14.3. Оптический аналог фокусирующей системы.

Размеры электродов и потенциалы на них выбраны таким

образом, 'ПО преобладает собирающий эффект и электроны

фокусируются (см. npиложение J). Меняя напряжение на электродах,

можно изменять конфигурацию эквипотенциальных поверхностей, то есть фокусное расстояние системы. При правильно выбранных

напряжениях электронный пучок фокусируется на экран. Так

происходит формирование электронного луча в электронной пушке.

http://www.mitht.ru/e-library

6

При дальнейшем движении на пути к экрану электронной луч

проходит через систему горизонтально и вертикально отклоняющих

пластин. Вертикально расположенные (см. рис. 14.1) пластины 6

отклоняют электронный луч в горизонтальном направлении, а

расположенные горизонтально пластины 7 - в вертикальном направлении. Каждая пара отклоняющих пластин представляет собой

плоский конденсатор, электрическое поле которого вызывает

смещение отрицательно заряженного электронного пучка в сторону

положительно заряженной пластины. Как показывает несложный

расчет, величина смещения л)'Ча на экране прямо пропорциональна

напряжению на пластинах (см. приложение 2).

Для исследования изменяющихся во времени электрических

сигналов используют обе пары пластин. На вергикалы-ю отклоняющие пластины обычно подается исследуемое напряжение (сигнал), на

горизонтально отклоняющие пластины - так называемое напряжение

"развертки", которое вырабатывается в самом осциллографе

специальным генератором развертки.

Напряжение развертки имеет пилообразную форму (рис. 14.4),

то есть периодически изменяется так, что луч на экране смещается

слева направо прямо пропорционально времени, а доЙдЯ до правого

края экрана, быстро возвращается назад, после чего процесс повторяется. Пилообразное напряжение делают симметричным

относительно нуля, чтобы при включенном генераторе развертки

луч находился в центре экрана.

!.

Рис. 144. График nилооБРОЗlюго напряжения.

http://www.mitht.ru/e-library

7

Если при выключенном генераторе развертки на вертикально

отклоняющие пластины подать исследуемое периодически меняющееся

напряжение, то электронный луч на экране начнет перемешаться по

вертикали с частотой, соответствуюшей частоте исследуемого

напряжения (запаздывание луча из-за малой массы электрона ничтожно). Поскольку частоты исследуемых СИПIaЛОВ обычно велики,

то на экране возникает вертикальная прямая линия, по которой

невозможно судить о форме и других параметрах (амплитуде, частоте)

исследуемого сигнала.

Если же при подаче исследуемого сигнала включить

одновременно и напряжение развертки, то электронный луч начнет

смепJДТЬСЯ как по вертикали, так и по горизонтали - совместное и

одновременное действие обеих плаС'IИН позволит наблюдать на экране

изменение исследуемого сигнала во времени. При этом, в силу прямой

пропорционалЫIOС'IИ нарастания величины напряжения развертки со

временем, форма исследуемого сигнала воспроизводится без

искажений.

При исследовании периодических и, особенно, быстро

перемеllВЫХ процессов важно получить на экране неподвижное

изображение исследуемого нроцесса. Для этого нужно, чтобы период напряжения развертки был равен или кратен периоду изучаемого

сигнала. Поскольку с помощью осциллографа изучаются

электрические сигналы с разными периодами, то в генераторе

развертки предусмотрена возможность изменения периода напряжения

развертки. Но достаточно точное соотнощение периодов соблюсти

непросто из-за нестабильности генератора развертки или самого исследуемого пронесса. для принудительного согласования периодов

используют так называемую "синхронизацию", то есть схему, при которой изучаемый процесс "навязывает" свой период генератору

развертки. Если к сетке тиратрона, на котором работает генератор

развертки, приложить напряжение исследуемого сигнала, то оно

изменит частотуразвертки до совпадения с частотой сигнюта. Величина

синхронизирующего напряженин регулируется потенциометром,

http://www.mitht.ru/e-library

8

ручка которого выведена на переднюю панель и имеет надпись

"уровень".

Чувсгвительность электронно-лучевых трубок обычно невелика: для заметного смещения электронного луча на экране требуется

приложить напряжение в десятки и даже сотни вольт, поэтому при

исследовании слабых сигналов их нужно предварительно усилить.

Дня этого служат усилители соответствующих пластин. Качество

осциллографов во многом определяется характеристиками этих

усилителей - их линейностью и диапазоном пропускаемых частот.

14.3. Приборы и принадлежности.

Электронный ОСЦИJUюграф С1-76, генератор звуковых сигналов

Г3-111, кабели и соединительные провода.

14.4. Описание установки.

14.4.1. Органы управления осциллографом.

Все элементы реryлировки ОСЦИJUюграфа смонтированы внутри

его корпуса, а рукоятки их управления выведены на лицевую панель.

Назначение каждой ручки, тумблера или кнопки обозначено соответствующими надписями, цифрами, рисунками и т.п.

Лицевая панель осциллографа делится двумя вертикальными

линиями на три части.

В левой части под экраном осциллографа располагаются

следующие органы управления:

-тумблер *"сеть"-лля ВК1Iючсния И отключения осциллографа;

-ручка " для регулировки яркости луча;

-ручка " @" - ДЛЯ фокусировки луча;

http://www.mitht.ru/e-library

9

-ручка" А" -для регулировки освещения щкалы;

-кнопка "поиск луча" - для поиска луча;

-ручки " ... , грубо . плавно" - для перемещения луча по

горизонтали:

=800 тУ,

- кнопка

:::J

J -для переключения режима калибратора

::::J

 

п2 kHz

 

коэффициента отключения и длительности развертки;

- внешний зажим осциллографа " .1 " - для соединения с

корпусом;

-гнездо" С... " - ДЛЯ выхода калибратора.

всредней части лицевой панели с надписью "усилитель"

располагаются органы, предназначенные для управления усилителем

вертикально отклоняющих пластин и подачи на них исследуемого

напряжения:

-ручка" t " -для перемещения луча по вертикали;

-кнопки" х 0,5; х 1; х 2 " - для переключения множителя

коэффициента отклонения;

- переключатель "УjCM" - для переключения коэффициентов

отклонения;

-выведенный под ШЛИlJ потенциометр "баланс" - для

балансировки усилителя (балансировка прибора уже проведена);

-выведенный под шлиц потенциометр" .... " - для калибровки

усилителя вертикального отклонения (калибровка тоже пред­

варительно проведена);

- ручка " r "-для плавной регулировки чувствительности

усилителя;

" - для

- рычажный серый переключатель " ;:::;:; .1 .........

переключсния открытого, закрытого или заземлённого выхода

усилителя;

- гнездо" -е IMQ 45pF " - вход усилителя вертикмьно

отклоняющих пластин (для подачи исследуемого сигнала на

вертикально отклоняющие пластины через усилитель).

http://www.mitht.ru/e-library

10

Правая вертикальная часть панели осциллографа делится на

верхнюю - "синхронизация" и нижнюю - "развертка".

Вверхней части с надписью "синхронизация" Находятся:

-тумблер " ;=-:; , ___ " - ДЛЯ перекпючения открытого или

закрыгого входа синхронизации;

- тумблер " + '- " - для переключения полярности

синхронизации;

-ручка "уровень" - для выбора точки синхронизации на

исследуемом сигнале (вращением этой ручки добиваются устойчИllОГО изображения сигнала на экране осциллографа);

-рычажный серый переключатель" внугр., "" ,внеш. 1:10,

1:1 " - ДilЯ установки внутренней синхронизации от сети ИJП1 внешней

с делителем 1: 1О или без делителя;

- гнездо" -е Х " - вход усилителя горизонтально отклоняющих

пластин (ДIlЯ подачи внешней синхронизации).

Внижней части с напписью "развертка" располагаются:

-рычажный серый переклю<штель" х 1; х 0,1; -е Х " - для

включения соответственно однократной, десятикратной растяжек

развертки и подключения входа Х;

- nереключатель "время / ст" - для переключения режимов

развертки;

- три белые кнопки " х 1; х 2; х 5 " - для переключения

множителей Д1IИтельностиr "-развертки;

- ручка " для плавной регулировки длительности

развертки;

- серый рычажный переключатель" Z , Z ," " - ДЛЯ выбора

автоколебательного, ждущего или однократного режимов работы

развертки соответственно;

- кнопка "ГОТОВ" - для включения и синхронизации

готовности к однократному режиму работы развертки.

На задней панели осциллографа располагается клемма

заземления Qd и шнур питания прибора для включения его в сеть

........, 220 В. В ОСI1ИЛJIографе применена электронно-лучевая трубка с

длительным послесвечением. Чувствителыюсть вертикально

http://www.mitht.ru/e-library

Соседние файлы в предмете Физика