Исследование с помощью осциллографа импульсных и синусоидальных напряжений

Цель работы

1. Изучить устройство осциллографа и назначение ручек управления.

2. Исследовать с помощью осциллографа импульсные и синусоидальные напряжения.

Оборудование

1. Универсальный осциллограф.

2. Генератор стандартных сигналов.

3. Автотрансформатор.

Порядок выполнения работы

1. Разобраться в назначении ручек управления осциллографа.

 

2. Подготовить осциллограф к работе:

2.1. Включить вилку шнура в сеть.

2.2. Ручки управления установить в следующие положения:

- "Яркость" – в крайнее правое положение,

- "фокус" – в среднее положение,

- "усиление У" – в крайнее правое положение,

- "усиление X" – в крайнее правое положение,

- ручки смещения луча "смещ. У", "смещ. X" – в среднее положение,

- переключатель "диапазоны" – в положение 3,

- ручку "синхронизация" установить в положение "внутр.", а "ослабление" – в положение 1:1,

- тумблер выключателя сети установить в положение "вкл.", при этом должна загореться сигнальная лампа.

Через 1-3 минуты после включения осциллографа на экране должен появиться толстый яркий горизонтальный штрих. Для приведения луча в центр экрана необходимо медленно вращать ручку "смещ. У" до тех пор, пока штрих луча не появится на экране трубки. Сдвиг луча по горизонтали производится ручкой "смещ. X". Затем следует ручкой "фокус" установить четкое изображение, уменьшая при необходимости яркость штриха. Ручками "усиление У" и "усиление X" установить на экране величину изображения, удобную для рассмотрения. Ручкой "частота плавно" установить такую частоту развертки, чтобы на экране установился один или несколько периодов колебаний. Вращая ручку "синхронизация усиления", установить неподвижное изображение исследуемого сигнала.

 

3. Исследование синусоидальных сигналов

С выхода генератора стандартных сигналов подать синусоидальное напряжение частотой 50 Гц на клеммы «Вход Y» осциллографа. Переключатель «Род синхронизации» установить в положение «Внутр». Ручками «Частота плавно» и «синхронизация» добиться того, чтобы на экране отобразился один период исследуемого сигнала. При этом частота развертки будет равна частоте исследуемого сигнала 50 Гц. При подаче частоты исследуемого синусоидального сигнала 100, 150. 200 Гц на экране осциллографа будут отображаться два, три, четыре периода исследуемого сигнала.

 

4. Построение фигур Лиссажу

С выхода генератора стандартных сигналов подать синусоидальное напряжение частотой 50 Гц на клеммы «Вход Y» осциллографа. Вторичную обмотку автотрансформатора соединить с гнездами «Вход X» на задней панели осциллографа. Переключатель «Род синхронизации» установить в положение «Внеш». На экране осциллографа отобразится эллипс. При изменении частоты исследуемого сигнала 100, 150, 200 Гц на экране осциллографа будут наблюдаться следующие фигуры Лиссажу.

Контрольные вопросы

1. Объяснить назначение осциллографа.

2. Устройство электронно-лучевой трубки осциллографа.

3. Почему на экране осциллографа получается светящаяся линия?

4. Для каких целей в осциллографе используются развертки?

5. Условия синхронизации осциллографа.

Основные теоретические положения

Электронно-лучевая трубка

Электронно-лучевая трубка состоит из:

1) Стеклянного баллона, в котором создается вакуум:

2) Электронного прожектора, создающего узкий электронный луч, направленный вдоль оси трубки;

3) отклоняющей системы, изменяющей направление электронного луча;

4) экрана, светящегося под действием пучка электронов.

В баллоне создается глубокий вакуум, необходи­мый для беспрепятственного пролета электронов. Электронный прожектор трубки состоит из катода, управляющего электрода и двух анодов и располага­ется в узкой удлиненной части баллона. Катод К изготовляется в виде небольшого никелевого ци­линдра, на торцевую часть которого наносится оксидный слой, испускающий при нагреве электроны. Катод заключен в управляющий электрод (модуля­тор) М также цилиндрической формы. В торце управляющего электрода имеется маленькое отверс­тие (диафрагма), через которое проходит электрон­ный луч. На управляющий электрод подается несколько десятков вольт отрицательного напряжения, с помощью которого регулируется яркость свечения пятна на экране трубки. Эта регулировка выносится на переднюю па­нель осциллографа с надписью «Яр­кость».

Предварительная фокусировка электронного луча производится в пространстве между модулятором и первым анодом. Электрическое поле между этими электродами прижимает электроны к оси трубки, и они сходятся в точку D на некотором расстоянии от модулятора. Дальнейшая фо­кусировка луча выполняется системой двух анодов А1 и А 2.

Первый и второй аноды выполнены в виде открытых металлических цилиндров различных длин и диаметров, внутри которых на некотором расстоя­нии друг от друга расположены диафрагмы с небольшими отверстиями.

На аноды подается положительное ускоряющее напряжение (на первый 300-1000 В, на второй 1000-5000 В и более). Так как потенциал второго анода А2 выше потенциала первого анода А1, то электрическое поле между ними будет направлено от второго анода к первому. Электроны, попавшие в такое электрическое поле, будут откло­няться им в направлении к оси трубки и получать ускорение в направлении движения к экрану.

Точная фокусировка луча производится изменением напряжения на первом аноде. Эта регулировка выносится на переднюю панель осциллографа с надписью «Фо­кус».

Сформированный электронный луч попадает в пространство между двумя парами взаимно перпендикулярных отклоняющих пластин Х1Х2 и Y1Y2, называемых электростатической откло­няющей системой. Первая пара плас­тин Х1Х2, расположенных вертикально, вызывает отклонение луча в горизонтальном направлении.

Пластины второй пары Y1Y2, расположенные гори­зонтально, вызывают отклонение луча в вертикаль­ном направлении.

Экран Э электронно-лучевой трубки представляет собой стеклянную поверхность, покрытую с внутрен­ней стороны тонким слоем люминофора, светящегося при бомбарди­ровке его электронами. Цвет свечения зависит от химического состава люминофора.

Чтобы вторичные электроны, которые выбиваются с по­верхности экрана, не накапливались на стенках трубки, на внутреннюю поверхность колбы наносят тонкий графитовый слой (аквадаг) Ак, соединенный со вторым анодом, на который стекают вторичные электроны.

Для получения изображения на экране труб­ки исследуемое напряжение сигнала Uc подают на вертикально отклоня­ющие пластины Y1Y2, a на пластины X1X2 – пи­лообразное напряжение Up, называемое напряже­нием развертки:

На участке АВ напряжение развертки линейно зависит от времени, и под действием этого напряжения световое пятно переме­щается по экрану трубки вдоль горизонтальной оси пропорционально времени. На участке ВС напряже­ние развертки резко падает, а световое пятно воз­вращается в исходное положение.

Если одновременно с напряжением развертки к пластинам Y1Y2 подвести исследуемое синусоидаль­ное напряжение, то на экране трубки получится один период синусоиды.

Положения 0,1,2,... светового пятна на экране трубки в соответствующие моменты времени опреде­ляются мгновенными значениями исследуемого и развертывающего напряжений.

Если период развертки Тр выбран кратным пе­риоду исследуемого напряжения, то осциллограммы, получаемые в последующие периоды, накладываются друг на друга и на экране наблюдается устойчивое и четкое изображение исследуемого процесса. Это условие называется условием синхронизации частоты напряжения развертки с частотой исследуемого сиг­нала:

Тр = n∙Тс, где n – целые числа 1,2,3 ….

⇐ Предыдущая78910111213141516

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: