ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7. ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОГО ОСЦИЛЛОГРАФА

Оборудование: электронный осциллограф, батарея БАС-70, выпрямитель ВС-24, диод, резистор, соединительные провода, авометр, микрофон.

Содержание и метод выполнения работы

Основными элементами электронного осциллографа являются электронно-лучевая трубка, блок питания и блок временной развертки. От блока питания подается напряжение на катод, анод и электроды электронно лучевой трубки,

фокусирующие пучок электронов и изменяющие его интенсивность. Блок питания обеспечивает также необходимыми напряжениями электронные схемы блока временной развертки и усилителей горизонтального и вертикального отклонения луча.

Через 2—3 мин после включения осциллографа в сеть на экране его электронно-лучевой трубки появляется светящееся пятно. Свечение кристаллов, нанесенных на внутреннюю поверхность трубки, вызывается ударами электронов, испускаемых катодом трубки и разгоняемых электрическим полем между катодом и анодом (рис. 111). Интенсивность свечения пятна на экране электронно-лучевой трубки может изменяться вращением ручки «яркость». Эта ручка связана с потенциометром, с которого подается запирающее напряжение на управляющий электрод, расположенный между катодом и анодом трубки. Понижение потенциала управляющего электрода относительно потенциала катода препятствует прохождению электронов от катода к аноду и вызывает ослабление интенсивности электронного пучка.

В электронно-лучевой трубке осциллографа электроны, испущенные катодом, разгоняются электрическим полем, существующим между анодом и катодом, до одинаковой скорости и:

Пролетев сквозь отверстие в аноде, электроны движутся до экрана трубки по инерции с постоянной скоростью и попадают в одну и ту же точку, вызывая свечение экрана.

Если между горизонтально расположенными отклоняющими

Рис. 111. Электронно-лучевая трубка: 1 — подогреватель; 2 — катод; 3 — управляющий электрод; 4 — первый анод; 5 — второй анод; 6 — управляющие пластины; 7 — электронный луч; 7 — люминесцирующий экран

пластинами подано напряжение то во время пролета между ними электрон движется с ускорением

где — заряд электрона, — расстояние между пластинами. Через интервал времени в течение которого электрон движется между отклоняющими пластинами длиной проекция скорости электрона становится равной:

За время движения от пластин до экрана электрон смещается в вертикальном направлении на расстояние

Коэффициент пропорциональности в последнем выражении является для данного осциллографа величиной постоянной. Он называется чувствительностью пары отклоняющих пластин и выражается в мм/В.

Для определения чувствительности вертикально отклоняющих пластин на них необходимо подать известное напряжение и измерить отклонение луча на экране осциллографа

Так как отклонение электронного луча у пропорционально напряжению приложенному между пластинами, при известной чувствительности осциллограф может быть использован как вольтметр для измерения как постоянных, так и быстро изменяющихся напряжений.

Главным достоинством электронного осциллографа как электроизмерительного прибора является его безынерционность. В каждый момент времени свечение экрана электронно-лучевой трубки вызывается ударами новых электронов. Смещение электронного луча определяется напряжением между отклоняющими пластинами в момент пролета электронов между ними. Так как электроны в трубке летят со скоростью, близкой к скорости света, при изменении напряжения между отклоняющими пластинами смещение луча изменяется практически без запаздывания в тот же момент, в какой происходит изменение напряжения.

Для исследования быстро переменных электрических процессов в осциллографе осуществляется развертка — равномерное перемещение электронного луча по горизонтали. Для того чтобы луч перемещался вдоль горизонтальной оси с постоянной скоростью,

напряжение на вертикально отклоняющих пластинах должно изменяться линейно во времени, а для возвращения луча в исходное положение напряжение должно падать до нуля. Такая форма напряжения носит название пилообразной.

Пилообразное напряжение на вертикальные отклоняющие пластины подается с выхода генератора развертки. Частота развертки может изменяться с помощью двух ручек на панели осциллографа. При совпадении частоты колебаний исследуемого сигнала с частотой генератора временной развертки электронный луч на экране осциллографа будет вычерчивать график изменения напряжения сигнала за период — осциллограмму напряжения.

Если частота генератора временной развертки будет в 2, 3 и т. д. раз меньше частоты колебаний исследуемого сигнала, то на экране осциллографа будет наблюдаться график двух, трех и т. д. полных колебаний.

Для исследования электрических сигналов с малой амплитудой изменений напряжения осциллограф имеет усилитель с регулируемым коэффициентом усиления.

Электронный осциллограф может быть использован не только для исследования изменений напряжения во времени. С помощью специальных преобразователей изменения любой физической величины могут вызвать изменения напряжения в электрической цепи и исследованы с помощью осциллографа. Например, иепользуя микрофон, можно преобразовать колебания давления воздуха при распространении в нем звука в механические колебания диафрагмы микрофона, колебания диафрагмы вызывают колебательное движение связанной с ним катушки в поле постоянного магнита, а это движение катушки сопровождается возникновением переменного напряжения на ее концах. Присоединив выводы микрофона к входу электронного осциллографа, можно исследовать звуковые колебания.

Порядок выполнения работы

1. Поставьте ручки управления скоростью развертки в крайнее левое положение, ручку управления яркостью луча — в крайнее правое положение. Включите электронный осциллограф в сеть. Через 1—2 мин после включения на экране должна появиться светлая точка электронного луча. Если луч на экране не появился, выведите его на середину экрана, вращая ручки управления смещением луча по горизонтали и по вертикали. С помощью ручек управления яркостью луча и фокусировки получите на экране четкое и яркое пятно минимального размера.

2. Через гнезда на задней панели осциллографа подайте постоянное, напряжение от батареи БАС-70. Измерьте отклоненне луча на экране и напряжение их. По данным измеренийопределите чувствительность вертикально отклоняющих пластин:

Рис. 112. Схема для наблюдения выпрямительного действия полупроводникового диода

3. Подайте на вход на передней панели осциллографа переменное напряжение с выхода выпрямителя ВС-24. Переключатель «синхронизация поставьте в положение «внутренняя». Включите развертку осциллографа и, изменяя ее скорость с помощью ручек ступенчатой и плавной регулировок, добейтесь получения на экране неподвижной осциллограммы.

Зарисуйте осциллограмму переменного тока.

4. Включите в цепь переменного тока диод по схеме, изображенной на рисунке 112. Регулировкой частоты развертки добейтесь получения устойчивой осциллограммы. Зарисуйте полученную осциллограмму.

5. Подключите к входу на передней панели осциллографа выводы микрофона. Произнося перед микрофоном различные звуки, пронаблюдайте осциллограммы.

6. Поднеся к экрану электронно-лучевой трубки подковообразный магнит, убедитесь по направлению смещения светлого пятна на экране, что луч осциллографа представляет собой поток отрицательно заряженных частиц, отклоняющихся в магнитном поле.