Файл: Методичка 51-54-57.docx

б) флоресцирующий экран.

Электронный пучок в конце своего пути попадает на внутреннюю сторону торцевую расширенного конца колбы, называемую экраном. Эта поверхность покрыта специальным составом (вольфрамокислый кальций, сернистый цинк и др.), обладающим свойством светиться под действием ударов электронов.

В месте попадания электронов получается светящееся пятно.

Сечение длится до тех пор, пока существует пучок. Иногда экраны имеют покрытие, которое светится некоторое время и после исчезновения пучка. Они называются экранами с длительным послесвечением.

в) отклоняющие пластины.

Отклоняющие пластины представляют собой две пары плоско параллельных (иногда более сложной формы) пластин, расположенных взаимно перпендикулярно. Пластины одной пары П1 и П2 расположены горизонтально, пластины другой пары П3 и П4 – вертикально. Если к пластинам приложить некоторую разность потенциалов, то электронный луч, проходя между пластинами, попадает в их электрическое поле. Под воздействием этого поля траектория электронов изменяет свое положение.

По существу, отклоняющие пластины представляют собой плоский конденсатор, к которому приложено некоторое напряжение.

Зависимость отклонения электронного луча от приложенного напряжения может быть выведена с некоторым приближением на основании законов воздействия на отдельный электрон электрического поля, перпендикулярного к направлению движения электрона.

Электрон, обладая скоростью , перемещается в поле плоского конденсатора параллельно отклоняющим пластинам (рис.2). На него воздействует сила, перпендикулярная направлению движения и равна

,

где e – заряд электрона

E – напряженность электрического поля.

Так как поле плоского конденсатора равномерно, то ,

где u – мгновенное значение напряжения приложенного к обкаткам конденсатора;

d – расстояние между пластинами.

Следовательно, .

Эта сила сообщает электрону, имеющему массу m, ускорение a

.

Электрон находится под воздействием электрического поля в течение времени t

где - продольная скорость движения электрона;

l – продольный размер пластины.

В течение этого времени ускорение остается постоянным по величине и направлению.

Таким образом, к моменту выхода из электрического поля, кроме продольной скорости электрон будет обладать также поперечной составляющей скорости , которая равна

. (1)

При выходе из пластин электрон будет перемещаться под углом к сои трубки, определяемым отношением скоростей.

(2)

Так как направление луча совпадает с направлением движения электрона, то с остаточной скоростью можно считать, что смещение пятна на экране равно

. (3)

То есть, луч расположен так, как будто он направлен из центра отклоняющего поля под углом к оси трубки.

Подставляя в выражение (3) значения из (2) и из (1), получаем

. (4)

Вся работа между катодом и анодом при перемещении электрона превращается в кинетическую энергию

. (5)

Подставляя (5) в (4), окончательно получаем

. (6)

Таким образом, смещение пятна на экране прямо пропорционально мгновенному значению приложенного напряжения. Практически возникают некоторые искажения за счет влияния краев пластин.

Первая пара пластин, расположенных горизонтально, отклоняет луч на экране в вертикальном направлении, вверх или вниз. Поэтому эти пластины называют «вертикальными», хотя сами они расположены в горизонтальных плоскостях. Вторая пара пластин, расположенных вертикально, смещает пятно на экране в горизонтальном направлении, вправо или влево. Эти пластины называют «горизонтальными».

Существуют трубки с магнитным управлением, в которых вместо пластин имеются специальные катушки отклонения. В этих трубках луч отклоняется магнитным полем, создаваемым током в катушках, причем, это отклонение пропорционально мгновенному значению тока, протекающего через катушку.

РАЗВЕРТКА КРИВЫХ ВО ВРЕМЕНИ. СИНХРОНИЗАЦИЯ

Если в одну пару пластин (как правило, на электроды горизонтального отклонения) подают меняющееся линейно во времени, то светящееся пятно в этом случае будет перемещаться по экрану горизонтально с постоянной скоростью.

При подаче на другую пару пластин неизвестного напряжения электронный луч опишет на экране кривую этого напряжения.

Для создания горизонтального перемещения светящегося пятна применяют напряжение, которое периодически равномерно возрастает (или спадает) до некоторой определенной величины и затем за очень короткий промежуток возвращается к начальному значению.

Наиболее удобную форму для этой цели имеет пилообразное напряжение (рис.3).

Если период пилообразного развертывающего напряжения равен периоду исследуемого напряжения, то на экране имеет место неподвижное изображение, соответствующее одному периоду исследуемого напряжения. Если период развертывающего напряжения в n раз больше периода исследуемого напряжения, то на экране появится кривая, соответствующая n периодам исследуемого напряжения.

Блок электронного осциллографа, служащий для создания такого вспомогательного напряжения, обычно называют блоком развертки. Он состоит из генератора развертывающего напряжения и усилителя.

Схема простейшего генератора развертки приведена на рис.4.

Здесь НЛ – лампа тлеющего разряда, например, неоновая. Важными характеристиками неоновой лампы являются напряжение зажигания и напряжение потухания . Если плавно увеличивать напряжение на зажимах лампы, то при напряжениях, меньше , лампа практически не проводит ток, представляя собой очень большое сопротивление. При напряжении лампа зажигается, ее сопротивление сразу резко падает. Если теперь напряжение на зажимах лампы уменьшить, то при некотором напряжении меньшем, чем лампы, лампа вновь становится непроводящей. Напряжение зажигания и потухания зависит от конструкции лампы, вида и давления наполняющего газа.

Рассмотрим, как будет меняться напряжение на конденсаторе C в схеме (рис.4).

При замыкании ключа конденсатор начинает заряжаться от источника питания через сопротивление R. Причем напряжение растет по экспоненциальному закону, вначале близкому к линейному, и тем быстрее, чем меньше сопротивление R и емкость C. Когда напряжение достигает величины равно , лампа зажигается, сопротивление ее становится очень небольшим, конденсатор через это малое сопротивление лампы разряжается чрезвычайно быстро, и напряжение на нем при этом падает до значения . При этом лампа затухает и опять становится практически непроводящей. В результате этого конденсатор вновь начинает заряжаться от источника питания и весь процесс повторяется снова.

Таким образом, возникает периодически изменяющееся напряжение, форма кривой которого имеет «пилообразный» вид (рис.5).

Напряжение питания этой схемы выбирается намного большим, чем напряжение зажигания лампы. При этом с достаточной точностью можно считать участок кривой от до прямолинейным.

Для того чтобы на экране не было видно обратного хода луча при спаде развертывающего напряжения, необходимо, чтобы было много меньше , что может быть достигнуто соответствующим подбором параметров лампы и конденсатора.

Изменением емкости С (обычно ступенями) и сопротивления (обычно плавным) можно регулировать время заряда конденсатора, а, следовательно, (при ) и чистоту развертки. Если добиться того, что продолжительность одного периода развертывающего напряжения () будет равна периоду исследуемого напряжения, то на экране появится неподвижная кривая, соответствующая одному периоду напряжения.

Схемы реальных генераторов развертки значительно сложнее, причем обычно используют не неоновою лампу, а триатроны или электронные лампы. Генераторы развертки с применением электронных ламп обеспечивают лучшую стабильность, расширяют диапазон частот и развертки и улучшают линейность пилообразного напряжения по сравнению с генератором развертки, работающим на неоновых лампах.

Для принудительного установления и поддержания необходимой кратности частот развертывающего и исследуемого напряжений осуществляется синхронизация, которая заключается в том, что устанавливается электрическая связь между усилителем исследуемого напряжения и генератором развертки. Например, на сетку триатрона подается часть исследуемого напряжения в момент, предшествующий отпиранию лампы. В результате этого зажигание лампы происходит точно в момент, соответствующий амплитудному значению напряжения.

Синхронизация осуществляется по отношению к напряжению сети (когда частота исследуемого напряжения равна или кратна частоте сети) или какого-либо внешнего источника (в специальных случаях).

ФИГУРЫ ЛИССАЖУ

Если переменное напряжение приложить одновременно к обеим парам отклоняющих пластин, то электронный луч под действием двух взаимно перпендикулярных полей будет прочерчивать на экране некоторую сложную кривую. Форма получаемой сложной кривой зависит от формы кривых, сдвига фаз и отношению амплитуд и частот напряжений, приложенных к пластинам. При отношении частот, выражающемся рациональным числом, результирующая кривая замкнута и представляется на экране в виде неподвижного изображения. Все эти результирующие кривые носят название фигур Лиссажу. На рис.6 показаны фигуры Лиссажу для нескольких простых случаев соотношения частот и углов сдвига фаз.

Для двух синусоидальных напряжений, совпадающих по фазе и имеющих одинаковую частоту и амплитуду при одинаковой чувствительности осциллографа по вертикальной и горизонтальной схеме, наблюдаемая фигура изображается прямой линией, составляющей с горизонтальной осью угол .

В случае неравенства амплитуд угол наклона прямой приобретает другие значения, лежащие в пределах от 0 до . При наличии сдвига фаз напряжениями на экране появляется эллипс, который расширяется с увеличением сдвига фаз и превращается в окружность, когда угол становится равным .

Фигуры Лиссажу для разного соотношения частот и различных .

УСИЛИТЕЛИ

Для повышения чувствительности электронные осциллографы обычно имеют два усилителя. Один усиливает исследуемое напряжение. Так как это напряжение подается на пластины, смещающие луч в вертикальном направлении, то этот усилитель называется вертикальным усилителем. Второй усилитель усиливает напряжение, подаваемое на «горизонтальные» пластины» и называется горизонтальным усилителем.

БЛОК ПИТАНИЯ

Для работы электронно-лучевой трубки требуется довольно высокое постоянное напряжение. Кроме того, постоянное напряжение необходимо для работы усилителей генератора развертки, для питания ламп накала и т.д. Назначение блока питания заключается в обеспечении осциллоскопа постоянным напряжением требуемой величины.

Блок питания содержит выпрямитель, состоящий из одной или нескольких ламп (кинотронов), и фильтр для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения. На выходе обычно включается двигатель напряжения, с которого снимается требуемое напряжение (рис.1).

Напряжение на сетке всегда отрицательно и имеет величину порядка нескольких десятков вольт.

Двигатель напряжения R1 (рис.1) служит для управления яркостью пятна, двигатель напряжения R2 позволяет управлять фокусировкой.

БЛОК-СХЕМА ОСЦИЛЛОГРАФА CI-1 (ЭО-7)

Из выше изложенного видно, что в схеме электронного осциллоскопа можно выделить определенные узлы или блоки, общие и обязательные для всех типов осциллоскопов.

Блок-схема осциллоскопа CI-1 дана на рис.7.

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

1. Тип трубки 13ЛО037.

2. Диапазон непрерывной развертки 2 Гц -50 кГц.

3. Развертка непрерывная.

4. Чувствительность усилителя вертикального отклонения 0,25 см/мВ (коэффициент усилителя ).

5. Чувствительность усилителя горизонтального отклонения 4,5 см/мВ (коэффициент усилителя ).

6. Входное сопротивление горизонтального усилителя 2 мгом20% параллельно с емкостью не более 30 пар.

7. Входное сопротивление горизонтального усилителя 5 мгом20% параллельно с емкостью не более 30 пар.

8. Коэффициент ослабления входного аттенюата: 1; 1,1; 10,1; 100.

9. В приборе имеется 3 вида синхронизации: внешняя, внутренняя и от сети.

10. Питание от сети переменного тока напряжением 115, 127, 220 В при частоте питающего напряжения 50 Гц.

11. Может работать непрерывно в течение 8 часов.

12. Работает в диапазоне температур от С до С.