16-6. Электроннолучевой осциллограф

Электроннолучевым (электронным) осциллографом называется электронный прибор, предназначенный для записи и визуальных наблюдений кривых, изменяющихся по времени электрических величин — напряжения, тока и др.

Основной частью осциллографа является электроннолучевая трубка с электростатическим отклонением луча.

Для получения кривой исследуемого напряжения и оно подводится к вертикально отклоняющим пластинам (Y). К горизонтально отклоняющим пластинам (X) подводится напряжение развертки т. е. пилообразное напряжение, период которого равен периоду исследуемого напряжения (рис. 16-17) или в целое число раз больше его.

В начальный момент времени напряжение развертки равно нулю. Затем оно увеличивается пропорционально времени, достигая в конце периода исследуемой величины своей амплитуды . Это напряжение при отсутствии исследуемой величины вызовет перемещение электронного луча по экрану с постоянной скоростью по прямой из точки в точку

Если одновременно на электронный луч будет действовать еще и электрическое поле вертикально отклоняющих пластин Y, созданное исследуемым напряжением и, то электронный луч под влиянием этого поля, кроме того, будет отклоняться по экрану в вертикальном направлении на величину, пропорциональную мгновенному значению исследуемого напряжения.

Рис. 16-17. Кривые исследуемого напряжения и и напряжения развертки

Следовательно, электронный луч в течение периода вычертит на экране кривую исследуемой величины (рис. 16-17, в).

Достигнув своей амплитуды (4), вспомогательное напряжение мгновенно падает до нуля и в соответствии с этим электронный луч мгновенно из точки перемещается по прямой в точку после этого вспомогательное напряжение вновь начинает увеличиваться пропорционально времени, и электронный луч в течение второго и следующих периодов повторяет свое движение.

Световая инерция экрана способствует получению на нем устойчивой кривой исследуемой величины. Однако для получения устойчивой кривой необходимо, чтобы отношение периодов пилообразного и исследуемого напряжений составляло целое число.

Так, например, если это отношение равно , то на экране будет периодов исследуемой кривой.

Действительные кривые пилообразного напряжения отличаются. от рассмотренной. В частности, спадающая часть кривой бывает не вертикальной, а наклонной, т. е. изменение напряжения от амплитуды его до нуля происходит не мгновенно, а в течение какой-то малой части периода. Это вызывает выпадение из кривой напряжения соответствующей части ее.

Рис. 16-18. Схема питания осциллографа.

Обратное движение луча из точки в точку происходит значительно быстрее, чем прямое движение его; Кроме того, обратный ход луча гасят и на экране он не виден. Пилообразное напряжение получается от релаксационного генератора, рассмотренного в § 16-3.

Чувствительность обеих пар отклоняющих пластин к напряжению мала, поэтому исследуемое и пилообразное напряжения сначала усиливаются, а затем подводятся к отклоняющим пластинам. Электронные осциллографы имеют два канала усиления: один — для вертикально отклоняющих пластин Y, второй — для горизонтально отклоняющих пластин X. Обычно применяются электронные усилители с несколькими каскадами усиления.

Одна из возможных схем питания осциллографа с электростатическим управлением дана на рис. 16-18.

Питание электродов электронного прожектора производится от источника постоянного напряжения (от выпрямителя) с э. д. с. через делитель напряжения

Питание цепей отклоняющих пластин производится от источника постоянного напряжения (от выпрямителя) с э. д. с.

Начальная установка светящейся точки на экране производится изменением потенциалов отклоняющих пластин при помощи реостата (горизонтальное смещение) и (вертикальное смещение).

Исследуемое напряжение и напряжение развертки подводятся к отклоняющим пластинам через разделительные конденсаторы .

Для одновременного исследования двух периодических изменяющихся величин применяется или двухлучевые осциллографы, или специальные электронные коммутаторы. Этот коммутатор производит поочередное включение то одной, то другой исследуемой величины, воздействующей на электронный луч осциллографа, что приводит к получению на экране одновременно двух кривых исследуемых величин.

Электронный осциллограф применяется не только для получения кривых напряжения, но и для измерения ряда электрических величин: напряжения, тока, частоты, , интервалов времени и др. Кроме того, он применяется как нулевой индикатор и в сочетании с измерительными преобразователями — для измерения неэлектрических величин.

Приложив измеряемое напряжение к одной паре отклоняющих пластин осциллографа, получим на экране прямую линию, длина которой пропорциональна удвоенной амплитуде измеряемого напряжения. Измерив длину этой линии и зная постоянную по напряжению при данном режиме работы осциллографа, можно определить амплитуду напряжения.

Для измерения тока к одной паре отклоняющих пластин подводят напряжение, созданное измеряемым током на образцовом сопротивлении. Определив подобно предыдущему амплитуду напряжения и зная образцовое сопротивление, нетрудно по закону Ома определить и амплитуду тока.

Электроннолучевая трубка с магнитным управлением (рис. 16-19) имеет катод К, модулятор М и анод такого же устройства и назначения, что и у трубки с электростатическим управлением.

Ускорение электронов вдоль оси вызывается полем второго анода выполняемого в виде слоя графита на внутренней поверхности цилиндрической и конической частей колбы. Фокусировка луча производится магнитным полем, созданным постоянным током фокусирующей катушки ФК.

Рис. 16-19. Электроннолучевая трубка с магнитной фокусировкой.

Под действием неоднородного поля внутри этой катушки траектории электронов отклоняются в направлении к оси трубки и фокусируются на экране. Регулировка этой фокусировки производится изменением силы тока в фокусирующей катушке:

Управление отклоненим луча производится с помощью двух пар отклоняющих катушек, оси которых расположены взаимно перпендикулярно. Отклоняющие катушки выполняются с ферромагнитным сердечником или без него. Для развертки кривой тока применяется источник напряжения пилообразной формы.