Изучение устройства электронного осциллографа (Лабораторная работа № 1)

Новосибирский  государственный  технический  университет

ЭЛЕКТРОННЫЙ  ОСЦИЛЛОГРАФ

Лабораторная  работа  № 1

для  студентов  2  курса  ФЭН

Новосибирск - 2000

I. Цель работы

           Изучить устройство электронного осциллографа и приобрести практические навыки работы с ним.

2. Сведения из теории

2.1. Назначение осциллографа

Электронный осциллограф /ЭО/ представляет электрический сигнал, поданный на его вход, в виде графика на своем экране. Этот график очень нагляден, т.к. позволяет видеть форму сигна­ла - сигнал как функцию времени. Просматривая форму сигналов в различных точках электрической цепи, можно судить о состоянии и свойствах цепи. Ясно, что способность визуализировать сигна­лы чрезвычайно важное качество осциллографа, позволяющее опе­ративно проводить контроль и диагностику электрических цепей. Поэтому обеспечение возможности визуального наблюдения формы электрических сигналов следует считать основным назначением ЭО.

        2.2. Электронно-лучевая  трубка.

Упрощенная функциональная схема осциллографа (рис.1) вклю­чает в себя электронно-лучевую трубку  (ЭЛТ) и устройства управ­ления лучом (канала Y и канала Х). Питание ЭЛТ и всех элект­ронных узлов схемы, осуществляется от источника стабилизированного напряжения, на схеме непоказанного.

              ЭЛТ представляет собой стеклянный баллон, в котором разме­щены электронная пушка (ЭП), люминсцирующий экран (Э) и две пары отклоняющих пластин (" Y" и " X"). В баллоне создан вакуум. Электронная пушка создает поток электронов и формирует его в узкий электронный луч. Внутренняя поверхность баллона, на ко­торую направлен луч покрывается люминофором - специальным сос­тавом, обладающим свойством светиться под действием ударов элек­тронов. В месте попадания электронов на люминисцирующий экран появляется светящееся пятно. Напряжения, подаваемые на отклоняю­щие пластины, отклоняют луч от оси трубки и изменяют по двум координатам положение пятна на экране.

Рассмотрим подробнее устройство электронной пушки.  Основные детали ее показаны на рис.2: подогреватель (I), катод (К), модулятор (М), первый и второй аноды (AI и А2).

Подогреватель представляет собой спираль из тугоплавкого материала, через которую пропускается электрический ток.

Выделяющаяся энергия разогревает спираль до высокой температуры.            Подогреватель, в свою  очередь, разогревает катод, торцевая по­верхность которого покрыта специальным составом, облегчающим выход электронов из материала катода. Таким образом, разогретый  катод испускает электроны, вблизи катода создается электронное облако. Напряжения, поданные на модулятор и аноды, создают у по­верхности катода электрическое поле, ускоряющее электроны в нап­равлении экрана. Поскольку модулятор, первый и второй аноды рас­положены на различных расстояниях от катода, то каждый из этих электродов оказывает свое специфическое действие на формируемый электронный луч. Изменяя напряжение на модуляторе, можно изме­нить количество электронов, проходящих от катода в направле­нии экрана  и, тем самым ,регулировать яркость светящегося пятна на экране.

Напряжение на первом аноде оказывает фокусирующее действие на электронный луч. При определенном его значении электронный луч будет сфокусирован на экране.

Люминесценция экрана под действием электронной бомбарди­ровки имеет место только при достаточно высокой кинетической энергии электронов, бомбардирующих экран. Назначение второго анода - увеличить скорость электронов до  необходимой. Для этой цели на второй анод подают высокое положительное напряжение от­носительно катода (от 600 до 2000 В).

Во всех ЭО на переднюю  панель выведены ручки переменных резисторов, с помощью которых регулируются напряжения на моду­ляторе ("Яркость") и на первом аноде ("Фокус").

          Отклоняющие пластины ЭЛТ представляют собой две пары плос­ко-параллельных пластин, расположенных взаимно перпендикулярно. Если, например, на пластины "Y " подать постоянное напряжение, то между пластинами будет образовано электрическое поле. Вектор напряженности этого поля Е будет перпендикулярен оси ЭЛТ и па­раллелен оси у (рис.3). Под действием электрического поля электро­ны отклоняются от оси  трубки  и соответственно изменяется поло­жение светящегося пятна на экране. Как видно из  рис.3, отклоне­ние его произойдет в вертикальном направлении, т.е. по координа­те Y. Аналогично отклоняют луч пластины "X", но в горизонталь­ном направлении.

          Смещение луча на экране пропорционально приложенным к пластинам напряжениям, т.е.

y= Sy * Uy             (1)

                              x= Sx * Ux             (2)

 где у, х - смещение луча по вертикали и горизонтали;

          Uy, Ux- напряжения на пластинах " Y " и " X";                                           Sy,Sx-коэффициенты пропорциональности, называемые чувствительностью    ЭЛТ по вертикали  ( Sy ) и горизонтали  ( Sx ).

Для удобства оператора при считываний координат светящего­ся пятна экран ЭЛТ снабжен  координатной сеткой.

                              2.3. Получение изображения сигнала на  экране.