Электронно-лучевая трубка

Основным рабочим элементом осциллографа является электронно-лучевая трубка (рис. 1).

Для получения термоэлектронной эмиссии катод трубки нагревают, подавая на нагреватель катода переменное напряжение. Вылетевшие из катода электроны ускоряются электрическим полем и движутся по направлению к аноду. По пути они пролетают через фокусирующий электрод, который собирает вылетевшие электроны в пучок, образуя электронный луч. Нить накала, катод, фокусирующий электрод и анод вместе называются электронной пушкой.

Электронный луч выходит через отверстие в аноде и проходит между отклоняющими пластинами двух взаимно перпендикулярных плоских конденсаторов. Если в конденсаторах создать электрическое поле, то первый конденсатор С₁ может отклонять луч в одном направлении, (например, в горизонтальном), а второй конденсатор С₂ — в перпендикулярном верти­кальном направлении. Пройдя отклоняющие пластины конденсаторов, электронный луч попадает в широкую часть трубки. Экран электронно-лучевой трубки покрывается веществом, которое светится под действием электронного пучка. В результате на экране видно светящееся пятно F. При правильно подобранных напряжениях на катоде, аноде и фокусирующем электроде это пятно имеет размеры порядка 1 мм в диаметре.

Регулировка размеров пятна и его яркости осуществляется регуляторами “Яркость” и “Фокусировка”, с помощью которых изменяется напряжение между отдельными электродами электронной пушки.

Положение пятна на экране можно изменять с помощью регуляторов “Смещение X” и “Смещение Y”, иногда обозначаемых “ × ®” и “ ”.

Все вышеупомянутые регуляторы выведены на лицевую панель осциллографа.

Если на пластины конденсаторов С₁ и С₂ (см. рис. 1) подать напряжение, то пятно F на экране перемещается как в горизонтальном (вдоль оси х), так и вертикальном (вдоль оси у) направлениях. При изменении напряжения на обоих конденсаторах пятно F перемещается по некоторой траектории в плоскости экрана.

Применение в осциллографе электронно-лучевой трубки дает возможность использовать осциллограф для наблюдения электрических сигналов, переменных во времени. Рассмотрим подробнее, как это делается. Пусть на пластины вертикального отклонения подается обычное синусо­идальное напряжение и одновременно на пластины горизонтального откло­нения подается пилообразное напряжение так, как это показано на рис. 2.

При постоянном (линейном по времени) увеличении напряжения их пятно движется по экрану слева направо с некоторой постоянной скоростью, зависящей от частоты развертки f_x. Затем, когда напряжение их быстро уменьшается (за t = 10^-6 ¸ 10^-9 с), пятно F практически мгновенно возвращается справа налево. Через интервал времени, равный периоду пилообразного напряжения Т_х = 1/ f_x, движение пятна повторяется.

Одновременно пятно перемещается в вертикальном направлении под действием синусоидального напряжения. В итоге траектория пятна оказывается очень сложной, и-на экране наблюдается быстро меняющаяся картина. Но в случае, когда период напряжения развертки (“Пилы”) Т_х есть целое кратное периода исследуемого напряжения (в данной работе синусоиды), т. е.

Т_х = nТ_у , n = 1,2,3, …, (4)

картинка на экране окажется неподвижной. Например, при одновременном прохождении через нуль напряжений и_х и и_у получится картина, показанная на рис. 3, б.

Обычно для получения неподвижной картинки на экране используется специальный сигнал синхронизации, вырабатываемый специальным устройством внутри осциллографа или подаваемый извне.

Блок-схема осциллографа

Кроме электронно-лучевой трубки — в осциллографе имеется целый ряд устройств, которые позволяют применять осциллограф для наблюдения и исследования различных электрических сигналов. Упрощенная блок-схема осциллографа показана на рис. 3.

Пилообразное напряжение на пластины горизонтального отклонения подается с выхода специального генератора “Развертка”, находящегося внутри осциллографа. Для того чтобы получить на экране неподвижную картинку, необходимо подобрать частоту f_x = l/T_x в соответствии с формулой (4). Это осуществляется с помощью ступенчатого переключателя частот “Развертка” и ручки плавной регулировки частоты. Обычно частота f_x настолько велика, что при u_у = 0 экспериментатор наблюдает на экране светлую непрерывную горизонтальную полосу (на рис. 3, б она изображена пунктиром).

Исследуемое напряжение (сигнал ) подается на вход осциллографического усилителя через вход Y осциллографа. С выхода усилителя усиленное напряжение u_у подается на пластины вертикального отклонения (см. рис. 3). Во многих осциллографах предусмотрена возможность подачи сигнала непосредственно на пластины трубки. Для этого необходимо вынуть перемычки, соединяющие выход усилителя с пластинами, и подключить источник сигнала (генератор) прямо к пластинам. Перемычки обычно находятся на задней или боковой панели осциллографа.

Синхронизация развертки и исследуемого сигнала осуществляется вращением специального регулятора “Синхронизация”.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: