9

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИИ

Пермский государственный университет

Кафедра экспериментальной физики

Осциллограф

Методические указания

Пермь 2001

Составители: с.н.с. А.С.Ажеганов, доц. И.Л.Вольхин, доц. Н.Н.Коротаев, доц. Б.И.Пирожков,

УДК 621.38

Осциллограф:Методические указания /Перм. ун-т; Сост. А.С.Ажеганов, И.Л.Вольхин, Н.Н.Коротаев, Б.И.Пирожков. - Пермь, 2001.‑24с.

В издании рассмотрены принципы работы и приведены характеристики осциллографа С1-77, даны рекомендации по выполнению измерений с помощью осциллографа. Оно соответствует программам курсов “Основы радиоэлектроники”, “Радиофизика и электроника”, “Основы электроники”, “Радиоэлектроника” и “Радиоизмерения”.

Предназначено для студентов физического факультета специальностей “Радиофизика и электроника”, “Физика конденсированного состояния”и “Физика”, а также студентов географического и геологического факультетов.

Ил. 20. Библиогр. 4 назв.

Печатается по постановлению методической комиссии физического факультета Пермского университета

Редактор Г.А.Гусман

Технический редактор Н.В.Петрова

Корректор К.Н.Бобкова

Подписано в печать 22.03.2001. Формат 608416.

Бум. офс. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,39.

Уч.-изд. л. 1,3. Тираж 250 экз. Заказ       .

Редакционно-издательский отдел Пермского университета

614600. Пермь, ул. Букирева, 15

Типография Пермского университета

614600. Пермь, ул. Букирева, 15

1. Принцип действия электронного осциллографа

Осциллограф (от латинского oscillo –“качаюсь”и греческогоgráphō–“пишу”) – измерительный прибор, предназначенный для визуального наблюдения и исследования формы электрических сигналов. Он позволяет измерять их основные параметры: амплитуду, частоту, временные интервалы, фазовый сдвиг и т.д. Обычно исследуемый сигнал представляет собой напряжение U, изменяющееся во времениt.

Одной из основных частей осциллографа является электронно-лучевая трубка. Устройство электронно-лучевой трубки схематически показано на рис.1. Все ее основные элементы размещены в стеклянном баллоне, внутри которого создан высокий вакуум.

Источником электронов служит катод – никелевый цилиндр диаметром 23 мм. Внутри катода имеется подогреватель. Для повышения интенсивности термоэлектронной эмиссии торец катода покрыт оксидным слоем. Катод размещен внутри модулятора, выполненного в виде цилиндра с отверстием в торце. Модулятор выполняет те же функции, что и сетка электронной лампы. Изменением его потенциала регулируется (модулируется) интенсивность потока электронов, выходящих через его отверстие, и, соответственно, яркость пятна на экране. Подавая на модулятор отрицательный потенциал (до –10 В относительно катода), можно уменьшать электронный поток практически до нуля.

Вышедший из модулятора поток электронов является расходящимся. Для его фокусировки используется электронная линза (первый анод). Поток электронов, сфокусированный в тонкий пучок (электронный луч), ускоряется в электрическом поле второго анода и попадает в отклоняющую систему. Систему электродов, формирующих электронный луч, называют электронным прожектором. Электронный луч отклоняется в нужном направлении, проходя горизонтальные и вертикальные отклоняющие пластины. Регулируя величину напряжения между пластинами можно направить луч в любую точку экрана. Дополнительное ускорение, необходимое для получения высокой яркости свечения люминофора на экране, происходит под действием высокого (единицы киловольт) напряжения третьего (послеускоряющего) анода, который представляет собой слой графита, нанесенного изнутри на боковую поверхность трубки вблизи экрана. В современных осциллографах число анодов может доходить до десяти, что позволяет осуществить точную фокусировку луча в любой точке экрана.

К горизонтально отклоняющим пластинам подводится линейно изменяющееся со временем напряжение U_х(t), вызывающее перемещение луча с постоянной скоростью от левого края экрана до правого. Если напряжение имеет пилообразную форму (за линейным возрастанием следует быстрый спад и снова линейное возрастание), то движение луча будет периодически повторяться (рис.2). Луч вычерчивает на экране прямую линию, линейный масштаб которой соответствует определенному промежутку времени. Иными словами, промежуток времени“развертывается”в отрезок осиx. Такой процесс называется разверткой. Напряжение, выражающее время в определенном масштабе, называется развертывающим напряжением. Его период называется периодом развертки, а частота – частотой развертки. Источник развертывающего (пилообразного) напряжения называется генератором развертки.

Исследуемое напряжение U_y(t)подается на вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ. За время одного периода пилообразного напряжения луч вычерчивает кривую изменения во времени исследуемого сигнала. Наблюдаемое на экране изображение называют осциллограммой (рис.2).

Изображение представляется наблюдателю неподвижным, если луч при каждом ходе развертки прочерчивает на экране одну и ту же кривую. Это достигается тогда, когда период развертывающего напряжения Т_рв точности равен или кратен периоду исследуемого сигналаТ_с:Т_р=nТ_с, или частотаf_с=nf_р (n ‑целое число). Таким образом, напряжение развертки и исследуемое напряжение должны быть синхронными (одновременными). Это достигается синхронизацией генератора напряжения развертки исследуемым сигналом.