Измерение электрических величин
С помощью электронного осциллографа
| Цель работы: | изучить принцип действия электронного осциллографа; измерить с его помощью величину постоянного и переменного напряжения. |
| Оборудование: | электронный осциллограф, источники постоянного и переменного тока, реостат. |
КРАТКАЯ ТЕОРИЯ
Электронный осциллограф — прибор, предназначенный для исследования электрических процессов. Основной частью осциллографа является электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), которая определяет принцип действия, параметры и возможности применения осциллографа в целом. Электронно-лучевая трубка широко применяется в различных областях техники (телевидение, дисплеи ЭВМ).
| Рис. 1 |
ЭЛТ (рис.1) включает: 1) стеклянный баллон, в котором создан глубокий вакуум; 2) «электронную пушку» (подогреваемый катод); 3) две пары отклоняющих пластин, расположенных во взаимно-перпендикулярных направлениях; 4) экран, покрытый люминесцирующим составом (веществом, которое светится при попадании в него электронов).
Принцип работы ЭЛТ состоит в следующем. Электроны, испускаемые подогреваемым катодом, под действием электрического поля между катодом и анодом проходят сквозь управляющую сетку и кольцевой анод. Для фокусировки электронного луча на сетку подается небольшой отрицательный потенциал (от –20 до –70 В). Разность потенциалов между катодом и анодом может достигать нескольких тысяч вольт. Изменяя эти потенциалы, можно регулировать фокусировку и яркость свечения экрана (светового «пятна») в точках попадания в него электронного луча.
При своём движении электронный луч проходит две пары отклоняющих пластин. Горизонтально расположенные пластины служат для отклонения луча в вертикальном направлении и называются вертикально отклоняющими пластинами. Вторая пара пластин служит для отклонения луча в горизонтальном направлении и называется горизонтально отклоняющими пластинами. При подведении к двум параллельным пластинам электрического напряжения между пластинами возникает электрическое поле, под действием которого изменяется направление движения электронов. Это позволяет перемещать электронный луч по экрану под действием напряжения, приложенного к отклоняющим пластинам электронно-лучевой трубки. Величина отклонения электронного луча, зависящая от скорости движения электронов и от величины приложенного к пластинам напряжения, определяется чувствительностью g осциллографа. Чувствительность осциллографа есть отношение разности потенциалов на отклоняющих пластинах к величине отклонения светящегося пятна на экране.
 Рис. 2 Например, если на вертикально отклоняющие пластины подать постоянное напряжение, то световое пятно сместится от центральной точки (рис. 2). В этом случае величина напряжения будет равна: U = n∙ g, (1) где n — величина отклонения светового пятна. | ||
  Рис. 3 Если на вертикально отклоняющие пластины подать переменное нап напряжение, то световое пятно на экране начнет совершать колебания отн относительно оси Х (рис. 3). Отклонение в каждую сторону от этой оси ука определяет амплитудное значение подаваемого напряжения. Важным элементом электронно-лучевого осциллографа является генератор развертки (на рис.1 не показан). Если исследуемое напряжение имеет периодический характер, то для наблюдения на экране графика зависимости этого напряжения от времени это напряжение подают на вертикально отклоняющие пластины Одновременно на горизонтально отклоняющие пластины от генератора развертки подают напряжение, изменяющееся со временем по линейному закону (рис.4). Если частота развертки совпадает или кратна частоте исследуемого напряжения, на экране возникает устойчивая картина исследуемого сигнала. Это достигается синхронизацией частоты генератора развертки с частотой исследуемого сигнала. | ||
 | ||
| Рис. 4 | ||
Описание установки
На передней панели осциллографа расположен экран ЭЛТ. На экране установлена координатная сетка, размер одной клетки которой составляет 1 деление. Имеются: тумблер включения сети, индикаторная лампа, клеммы входа исследуемого напряжения на вертикально отклоняющие пластины (ось Y) через усилитель, клеммы входа исследуемого напряжения на горизонтально отклоняющие пластины (ось X) через усилитель. С помощью ручек управления можно регулировать изменение яркости изображения, фокусировку луча, смещение луча по оси Y, смещение луча по оси X. Кнопки установки чувствительности осциллографа позволяют выбрать чувствительность , необходимую для заметного отклонения светового пятна от центра экрана, одновременно исключая выход пятна за пределы экрана. С помощью кнопок регулирования развертки можно включить/выключить генератор развертки и выбрать его частоту. Ручка плавной регулировки частоты развертки дает возможность добиться полной синхронизации частоты развертки и частоты исследуемого напряжения.