Изучение устройства и работы электронного осциллографа

Цель работы – исследование различных электрических процессов при помощи осциллографа.

Общие сведения

Электронный осциллограф – прибор, позволяющий наблюдать (а в некоторых случаях фотографировать) ход временных электрических процессов с помощью электронно-лучевой трубки, в которой очень узкий пучок электронов используется как карандаш, рисующий изображение. Это, по существу, единственный прибор, с помощью которого можно зафиксировать быстропротекающие электрические процессы.

 

При наличии некоторых устройств, преобразующих механические или другие неэлектрические колебания в пропорциональные им колебания напряжения, осциллограф может служить для исследования большинства физических процессов. С его помощью можно сравнивать и измерять амплитуды, частоты, фазы колебаний, измерять очень малые промежутки времени.

Электронный осциллограф широко применяют в экспериментальной физике, химии, биологии, медицине, геологии, радиотехнике.

Упрощенная блок схема осциллографа. (рис.1) включает блок питания БП, электронно-лучевую трубку ЭЛТ, генератор пилообразного напряжения ГР (генератор развертки), усилители Уx и Уy и синхронизирующее устройство СУ. Яркость электронного луча и его фокусировка регулируются делителем напряжения R₁ – R₂, к которому подводится высокое напряжение от блока питания. Потенциометры R₄ и R₅  позволяют перемещать электронный луч в вертикальном и горизонтальном направлении.

 

В электронно-лучевой трубке (рис.2) источником электронного луча является электронная пушка, состоящая из источника электронов – оксидного катода с подогревом 1, управляющего электрода 2 и анодов 3 и 4. Управляющий электрод позволяет регулировать величину потока электронов и тем самым изменять яркость светящейся точки на экране 7. Аноды 3 и 4 ускоряют электроны и концентрируют их в узкий пучок.

Пролетев ускоряющее поле (U_o»10⁴ В), электроны приобретают кинетическую энергию

eU_o = mv²/2

и летят со скоростью

где е – заряд электрона, m – его масса.

Полученный таким образом электронный луч отклоняется в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, за счёт напряжений, приложенных к двум парам отклоняющих пластин 5,6.

 

Рис.3

При отсутствии напряжения на отклоняющих пластинах электроны движутся прямолинейно с постоянной скоростью и бомбардируют экран. На экране появляется светящееся пятно в точке О (рис. 3) Расстояние L = l₁ + l₂ между отклоняющими пластинами и экраном составляет 20-30 см. Время, необходимое электрону для преодоления этого расстояния, составляет t = L/v₀ = 3. 10^-8 c. Следовательно, электронно-лучевая трубка является практически безинерционным прибором, т.е. изображение возникает одновременно с подачей импульса (сигнала) на осциллограф.