Деякі теоретичні відомості

ОЗНАЙОМЛЕННЯ З РОБОТОЮ ЕЛЕКТРОННОГО ОСЦИЛОГРАФА.

ФІГУРИ ЛІССАЖУ

Мета роботи: ознайомитися з побудовою і роботою осцилографа і вивчити за його допомогою фігури Ліссажу.

Прилади та обладнання: осцилограф, звуковий генератор, акустичні колонки чи навушники.

Деякі теоретичні відомості

Електронний осцилограф – вимірювальний прилад для візуального спостереження і реєстрації функціонального зв’язку двох величин, перетворених в електричні напруги або струми. Найчастіше електронний осцилограф використовується для дослідження процесів у часі, визначення миттєвих значень величин, що швидко змінюються у часі. Він здатний реєструвати явища, тривалість яких складає всього декілька мільярдних часток секунди. За допомогою електронного осцилографа вивчаються пробій газів і діелектриків, робота складних радіотехнічних приладів, дослідження коливальних процесів у двигунах, платформах, будівельних елементах і конструкціях, електричні коливання у функціонуючих клітинах, нервах і м’язах людини і тварин тощо. Сучасний електронний осцилограф – це вельми досконалий прилад, сконструйований з використанням усіх досягнень електронної оптики і радіотехніки. Основними його вузлами є: електронно-променева трубка, підсилювачі досліджу­ваного сигналу та сигналу розгортки, генератор розгортки, блок живлення.

Електронно-променева трубка дозволяє одержувати сфоку­сований на екрані пучок електронів, який може відхилятися у двох взаємно перпендикулярних напрямах. Фокусування електрон­ного променя в електронно-променевих трубках здійснюється ста­тичними електричними полями. Пучок електронів прискорений доволі великою різницею потенціалів, й тому є практично без інерційним.

Трубка (рис.1.) складається з електронної гармати 1 – 3, першого 4 і другого 5 анодів (все це разом називають електронно-оптичною системою [1]), двох пар пластин 6 і 7, розташованих у двох взаємно перпендикулярних площинах, корпуса 8, флуоресціюючого екрана 9 і провідного захисного покриття 10. В об’ємі трубки підтримується достатній рівень вакууму (до 10^–8 мм. рт. ст.), необхідний як для нормальної роботи катода, так і для проходження електронів від катода до анода без зіткнень з молекулами повітря.

Електронно-оптична система 2–5 електронно-променевої трубки формує тонкий електронний промінь. Цей промінь фокусується на екрані в маленьку цяточку. Місце падіння електронного променя на екран залежить від потенціалів на пластинах 6 і 7. Внутрішня поверхня екрана покрита флуоресціюючим покриттям. Місце, на яке впав електронний промінь, світиться певним кольором, як правило, білим або блакитно-білим. Через скло світіння виходить у зовнішність, де і реєструється спостерігачем. Час світіння (після зникнення електронного променя) залежить від типу флуоресціюючої речовини. Електрони, що впали на екран, накопичуються на ньому, і через певний час блокують трубку. Для зняття накопиченого заряду слугує провідне захисне покриття 10, зовні з’єднане з катодом. В результаті утворюється замкнуте коло для зарядів, заряди " стікають" з екрана і трубка не блокується.

Розглянемо детальніше електронно-оптичну систему 2–5 електронно-променевої трубки. Електронна гармата складається з підігрівача 1, катода 2 і електрода 3 (катод 2 і електрод 3 на рис. 1 зображені у розрізі). Підігрівач підвищує температуру катода до значення, при якому забезпечується рівень електричного струму, необхідний для отримання достатньої інтенсивності світіння екрана електронно-променевої трубки. Інтенсивність світіння екрана елект­ронно-променевої трубки залежить від кількості і енергії електронів, що падають на екран.

Якщо напруга, подана на пластини 6, є періодичною, то можна, підібравши допоміжну періодичну напругу (напругу розгортки, що подається на пластини 7), досягнути того, щоб криві, що утворюються на екрані осцилографа упродовж кожного періоду, накладалися одна на одну. В результаті, на екрані буде видно нерухоме зображення, що відтворює залежність напруги, поданої на пластини 6, від часу. Отже, окрім електронно-променевої трубки, в електричну схему осцилографа має входити також генератор розгортки і, можливо, підсилювач розгортки. Необхідними елемен­тами електронного осцилографа є також підсилювачі досліджуваних сигналів, трансформатори і випрямлячі, що перетворюють напругу електромережі в напругу живлення електронно-променевої трубки, транзисторів, мікросхем тощо.

Рух електронів поза межами поля пластин 7, як і раніше, відбувається за інерцією. Отже, внаслідок проходження електронним променем відстані від пластин 7 до екрана збільшиться тільки амплітуда відхилення електронів, характер руху не зміниться.

Таким чином, на екрані електронно-променевої трубки ми побачимо світлу цяточку, яка буде рухатися ліворуч-праворуч. Якщо частота є достатньо високою, так що наше око не буде встигати відслідковувати рух цієї цяточки, а буде інтегрувати зображення за час зорової реакції, то ми будемо спостерігати на екрані горизонтальну лінію.