Устройство и принцип работы осциллографа. Электронно-лучевая трубка.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 50

«ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОГО ОСЦИЛЛОГРАФА»

Заведующий кафедрой ЕН и ОТД

профессор, к.т.н. Даутов А.И.

Составил: старший преподаватель

Корниенко Л.М.

г. Кумертау

2014 г.

ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОГО ОСЦИЛЛОГРАФА

Приборы и принадлежности: осциллограф С1-5, звуковой генератор ГЗ-18, специальная приставка, источник питания.

Цель работы: изучение устройства электронно-лучевого осциллографа типа С1-5 и ознакомление с некоторыми видами наблюдений и измерений, которые можно проводить с его помощью.

Краткие теоретические сведения

Устройство и принцип работы осциллографа. Электронно-лучевая трубка.

Осциллографом называется прибор, позволяющий визуально наблюдать быстрые периодические (колебания) процессы: (ascilla — колебание, grafo —пишу). Осциллографы бывают различного типа и назначения. Наиболее распространены магнитоэлектрические («шлейфовые») осциллографы и электронные осциллографы («осцилоскопы»).

Область применения осциллографов чрезвычайно обширна. Возможность преобразования механических, химических, световых, тепловых и других величин в электрические сигналы позволяет применять осциллографы во многих отраслях науки и техники.

Специальные типы осциллографов позволяют наблюдать и фотографировать очень медленные периодические процессы и очень быстрые (вплоть до сверхвысоких частот) колебания, а также одиночные импульсы сложной формы.

С помощью осциллографов можно проводить не только качественные, но и количественные измерения параметров исследуемых сигналов.

Основным узлом осциллографов является электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). ЭЛТ представляет собой стеклянную колбу специальной формы, показанная на рис. 1, с вмонтированной в нее системой электродов. Трубка откачена до давления 10^-8…10^{-7 мм рт. ст.}

Основной узел ЭЛТ — электронно-лучевая пушка, которая формирует электронный луч и направляет его на экран 8, покрытый люминофором, светящимся под ударами электронов.

Пушка состоит из следующих электродов (рис. 1):

Рис. 1.

1. Катод, представляющий собой полый тонкостенный цилиндр с плоским донышком, покрытым активирующим слоем для уменьшения работы выхода электрона;

2. Нить накала — спираль из вольфрама, покрытая керамикой для изоляции от катода. На спираль подается низкое напряжение (6,3 В). Нагреваясь, спираль накаляет катод до температуры t⁰С, при которой происходит достаточно интенсивная эмиссия с поверхности катода.

3. Управляющий электрод выполняет две функции: предварительную фокусировку электронного луча и регулировку его плотности. На управляющий электрод подается отрицательный потенциал по отношению к катоду (рис. 1). Поэтому электроны, вылетающие из торца катода в различных направлениях, отклоняются полем управляющего электрода и проходят через отверстие в его донышко (рис. 2). Таким образом, управляющий электрод сужает электронный луч, «фокусирует» его.

Изменяя потенциал на управляющем электроде, сопротивлением (рис. 1) можно регулировать количество электронов, вылетающих в единицу времени, т.е. регулировать плотность электронного луча и тем самым менять яркость свечения экрана. В этом случае управляющий электрод играет роль аналогичную управляющей сетке в триоде.

4. Система из двух анодов: 4 — первый анод и 5 — второй анод (рис. 2). Эти электроды предназначены для ускорения электронного тока и его точной фокусировке.

Для получения свечения экрана ЭЛТ необходимо ускорить электроны до значительных энергий. Поэтому на 2-й анод подается высокое напряжение около 800 В. 1-й анод имеет более низкий потенциал. В результате между 1-м и 2-м анодами образуется электростатическое поле, эквипотенциалы которого имеют форму двояковыпуклой линзы (рис. 2). В таком поле электроны, удаленные от оси трубки, получают дополнительную поперечную скорость, направленную к оси ЭЛТ,

Рис. 2

Регулируя величину напряжения между 1-м и 2-м анодами с помощью сопротивления R₂ (рис. 1), можно добиться, чтобы практически все траектории электронов сходились в одной точке, лежащей на поверхности экрана (8). При этом регулируется только потенциал 1-го анода, т.к. потенциал 2-го анода влияет на яркость свечения и чувствительность ЭЛТ.

5. Система отклоняющих пластин. Пара параллельных, горизонтально расположенных пластин 6 (рис. 1) служит для отклонения электронного луча в вертикальном направлении и называется вертикально-отклоняющими пластинами. При подаче на них разности потенциалов, светящееся пятно на экране будет отклоняться в сторону положительно заряженной пластины. Величина смещения луча от оси трубки пропорциональна величине приложенной разности потенциалов: у=j·U (1) где: у — величина напряжения; U — разность потенциалов на отклоняющих пластинах; j — чувствительность ЭЛТ.