Електронно-променева (осцилографічна) трубка

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4

Тема Осцилографування фізичних процесів

Мета роботи Вивчити принцип роботи електронного осцилографа, використання осцилографа для спостереження форми сигналу, виміру напруги, частоти, різниці фаз коливань, вивчення явищ, що виникають при додаванні коливань, які відбуваються вздовж одного напрямку і взаємно перпендикулярних напрямків.

Теоретичні відомості

Опис і принцип роботи електронного осцилографа

Електронно-променевий осцилограф є універсальним електровимірювальним приладом із широкою областю застосування: візуальне спостереження, вимірювання і запис різноманітних електромагнітних процесів. З його допомогою можна вивчати протікання електромагнітних процесів у часі, а також функціональну залежність між такими процесами. Сучасні методи дозволяють перетворити змінні фізичні величини в пропорційні їм електричні напруги, тому осцилограф може застосовуватися для вивчення функціональних залежностей між будь-якими фізичними величинами: механічними, світловими, тепловими і т.і. Для повноцінного використання всіх можливостей осцилографа необхідно добре знати основні принципи дії і взаємозв'язок його головних вузлів, вміти управляти і користуватися цим складним приладом.

Устрій і робота електронного осцилографа

Основними вузлами електронного осцилографа є електронно - променева трубка, підсилювачі й послаблювачі вхідних сигналів, генератор розгортки і блок живлення.

Електронно-променева (осцилографічна) трубка

Електронно-променева трубка (ЕПТ) дозволяє сформувати вузький пучок електронів. У залежності від застосовуваного принципу фокусування трубки бувають двох типів: електростатичні і магнітні.

У трубках першого типу для фокусування і відхилення електронного променя застосовується електричне поле, а в трубках другого типу – магнітне поле. В осцилографах застосовуються трубки з електростатичним відхиленням, у той час як трубки з магнітним відхиленням застосовуються в телевізійних пристроях.

Схематичне зображення електростатичної ЕПТ надане на рисунку 1а. Трубка являє собою скляну колбу, яку відкачано до високого вакууму, усередині колби змонтована електронна гармата і дві пари взаємно перпендикулярних пластин, що відхиляють електронний пучок. Внутрішня поверхня передньої стінки колби покрита флуоресцентною речовиною і є екраном.

Рисунок 1

Електронна гармата призначена для одержання і формування тонкого електронного променя потрібної інтенсивності. Вона складається з підігрівника 1, оксидного катода 2, що є джерелом електронів, керуючого електрода 3 (модулятора), що регулює інтенсивність електронного пучка, фокусуючого анода 4 (перший анод) і анода, що прискорює, 5 (другий анод).

Катод виготовлений у вигляді циліндра, на дно якого нанесено оксидну плівку металу, наприклад, барію. Підігрів поверхні катода здійснюється за допомогою нитки розжарення 1. Електрони емісії, що вириваються з поверхні катода, проходять через отвір в керуючому електроді 3, що утворює з катодом коаксіальний циліндр. На керуючий електрод подається негативний (стосовно катода) потенціал. Змінюючи цей потенціал, можна управляти інтенсивністю електронного пучка і, отже, яскравістю світлової плями на екрані 6. Таким чином, керуючий електрод відіграє роль, яка аналогічна з роллю керуючої сітки в електронних лампах. Призначення першого і другого анода полягає в тому, щоб прискорювати і концентрувати електрони у вузький пучок.

Фокусування електронного пучка здійснюється електричним полем різноманітної конфігурації, що створюється електродами в різних місцях трубки. На рис. 1а штриховими лініями показані траєкторії електронів, а суцільними – проекції на площину рисунку еквіпотенціальних поверхонь електричного поля, що виникає при подачі напруги на аноди трубки.

Дія електричних полів на електронний промінь аналогічна з дією оптичних лінз на світловий промінь, тому електронно – оптичній системі гармати можна зіставити еквівалентну оптичну схему (рис. 1 б).

Для відхилення сформованого електронною гарматою променя використовуються дві пари відхиляючих пластин, на які безпосередньо або після посилення (ослаблення) подаються досліджувані напруги. Одна пара пластин (ПУ) викликає відхилення пучка у вертикальному напрямку (Y – пластини), інша (ПХ) у горизонтальному напрямку (Х – пластини). Величина цього відхилення пропорційна прикладеній до пластин напрузі. Ця залежність і лежить в основі різноманітних застосувань осцилографа. Дійсно, якщо на одну пару пластин подати напругу, пропорційну вимірюваній величині х, а на іншу – напругу, пропорційну величині , то на екрані трубки слід променя опише криву у прямокутних координатах.