Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Лабораторная работа №9
Изучение электронного осциллографа
Цель работы: Ознакомление с устройством электронного осциллографа, измерение с помощью электронного осциллографа амплитуды и частоты синусоидального напряжения, определение скважности прямоугольного импульса и наблюдение фигур Лиссажу.
Приборы: Электронный осциллограф, звуковой генератор, преобразователь импульсов и источник питаня.
Электронный осциллограф - прибор, используемый для исследования быстротекущих процессов изменения электрических и неэлектрических величин (после преобразования последних в электрические)
Основными элементами осциллографа являются электронно-лучевая трубка, генератор развертки, блок синхронизации, усилители отклоняющих пластин, блок питания.
Электронно - лучевая трубка
По принципу отклонения и фокусировки электронного луча различают два вида трубок: электростатические и магнитные. В первых для отклонения и фокусировки луча используется электрическое поле, во вторых - магнитное.
Электронно - лучевая трубка ЭЛТ представляет собой стеклянную колбу, откаченную до высокого вакуума (рис.1). Внутри неё расположены электронная пушка 1, две пары отклоняющих пластин 2 и флуоресцирующий экран 3.
Электронная пушка предназначена для создания сфокусированного электронного пучка и состоит из следующих элементов: катода косвенного канала К, испускающего при нагревании электроны; фокусирующего цилиндра ФЦ, имеющего отрицательный потенциал относительно катода и сжимающего выходящий из катоды электронный пучок (изменяя потенциал фокусирующего цилиндра, можно регулировать количество вылетающих электронов, т. е. пятна на экране трубки); первого фокусирующего А1 и второго ускоряющего А2 анодов. Потенциал первого анода в несколько раз меньше потенциала второго анода. Аноды имеют форму цилиндров с перегородками, в центре которых сделаны отверстия. Перегородки служат для удаления электронов, не удовлетворяющих условиям фокусировки.
рис.1
Рассмотрим фокусирующее действие электрического поля на поток электронов на примере действия на электроны электрического поля между первым и вторым анодами. Распределение потенциала в пространстве характеризуется эквипотенциальными поверхностями (рис. 2). Электрическое поле сосредоточено в основном у щели между цилиндрами. Предположим, что электрон влетел в зазор между цилиндрами слева направо под углом к их оси. За время, в течении которого он пролетает зазор между цилиндрами, электрическое поле сообщает ему ускорение вдоль оси (тангенциальные составляющие силы имеют всё время одно направление). В то же время он отклоняется сначала вниз, а потом вверх за счет действия Fn. Следовательно, в электрических полях, эквипотенциальные поверхности которых обращены выпуклостями к катоду, электроны при своем движении будут собираться к горизонтальной оси (действие таких полей похоже на действие собирающих линз). Если эквипотенциальные поверхности полей имеют противоположное направление, то электроны будут расходиться от горизонтальной оси (действие таких полей похоже на действие рассеивающих линз).
Отклоняющие пластины
На пути к экрану электронный пучок проходит между двумя парами отклоняющих пластин. Напряжения, приложенные к пластинам, создают между ними электрические поля, которые отклоняют электронный луч, что приводит к смещению светящегося пятна на экране. Горизонтально расположенные пластины отклоняют луч по вертикали (вдоль оси Y), а вертикально расположенные - по горизонтали (вдоль оси Х).
Установим связь между напряжением на пластинах А и В и смещением пятна на экране (рис.3).
Электорн влетает в однородное электрическое поле Еу со скоростью v0=vz. Вдоль оси Z на электрон не действуют никакие силы, поэтому в этом направлении он движется равномерно:
z=v0t. (1)
Вдоль оси Y на электрон действует постоянная сила
F=eEy, (2)
где Ey-напряженновсть поля между пластинами:
Ey=U/d (3)
РИС. 3
Следовательно, движение электрона вдоль оси Y будет равноускоренным:
y=at2/2, vy=at (4)
Ускорение а найдем из второго закона Ньютона:
Генератор развертки
Для того чтобы на экране осциллографа можно было увидеть, как в некоторм физическом процессе величина у меняется в зависимости от изменения другой физической величины х, т. е. y=f(x), необхадмо на горизонтально отклоняющиеся пластины подать напряжение Ux, пропорцианальное х, а на вертикально отклоняющие пластины одновременно подать напряжение Uy, пропорцианальное у. Тогда электронный луч начертит на экране линию, соответствующую заквисимости y=f(x).
На практике часто приходится наблюдать изменение различных физических величин от времени, т. е. y=f(t). При этом на вертикально отклоняющие пластины необхадимо подать напряжение, пропорцианальное исследуемой физической величине у, а на горизонтально отклоняющие пластины - напряжение, изменяющееся пропорцианально времени.
Для создания напряжения, которое изменяется пропорцианально времени, в осциллографе имеется генератор развертки. Под действием вырабатываемого им напряжения луч смещается по экрану ЭЛТ слева направо, причем в любой момент времени это смещение будет пропорцианально времени, отсчитываемому от начала движения луча. Одновременно поданное не вертикально отклоняющие пластины напряжение, пропорцианальное исследуемой физической величине у, будет смещать луч по вертикали в соответствии с изменением у. Однако, когда луч дойдет до крайнего правого положения, его нужно мгновенно превести в исходное положение, а физический процес повторить сначала. Следовательно, напряжение генератора развертки скачком должнл измениться до первоначального значения, а потом снова начать расти по такому же закону. Поэтолму зависимость напряжения генератора развертки от времени должна иметь вид, показанный на рис. 4. Такое напряжение принято называть пилообразным.
Для того чтобы картна на экране осциллографа получалась устойчивой, необхадимо, чтобы частота пилооьразного напряжения совпадола или была меньше в целое число раз частоты повторения изучаемого физического процеса. Пэтому частота напряжения, вырабатываемого генератором развертки, может меняться в широком диапазоне. С помощью специального блока синхронизации частота напряжения генератора развертки синхронизируется с исследуемым напряжением любой формы, подаваемым на вертикальноотклоняющие пластины. Синхронизация может производиться как напряжением самого иследуемого сигнала, так и напряжением, подаваемым от внешнего источника на специальные гнезда осциллографа.
Рис. 4 Рис. 5
Усилители отклоняющих пластин
Чувстивительность электронно - лучевой трубки, как правило невилика, поэтому на отклоняющие пластины напряжения обычно подают через усилители. Характеристики усилителей отклоняющих пластин (линейность и диапазон пропускаемых частот) во многом определяют возможности осциллографа.
Измерения
Лабораторная установка состоит из осциллографа, звукового генератора, преобразователя импульсов и источника питания. Перед началом выполнения работы необхадимо ознакомиться с ручками управления осциллографа и звукового генератора, а токже с порядком подготовки этих приборов к работе.
В лабораторной работе производятся измерения амплитудыи частоты синусоидального сигнала, «скважности» прямоугольного импульса, а также наблюдаются фигуры Лиссажу.
Скважностью прямоугольного импульса называют величину
где Т - период импульса, а τ - его длительность (рис. 4).
Фигурами Лиссажу называются траектории результирующего движения при сложении двух взаимно перпендикулярных колебаний.. Эти фигуры можно получить на экране осциллографа, подая синусоидальное напряжения различной частоты одновременно на горизонтально и вертикально отклоняющие пластины трубки. При этом луч ббудет находиться под действием двух взаимно перпендикулярных отклоняющих сил. В зависимости от амплитуды, частоты и фазы подаваемых напряжений фигуры Лиссажу будут иметь различный вид.
Задание 1
ИССЛЕДОВАНИЕ СИНУСОИДАЛЬНОГО СИГНАЛА
Измерьте в делениях сетки экрана ЭЛТ величину нескольких периодов сигнала на экране осциллографа. Определите коэффициент отклонения луча осциллографа по горизонтали и подсчитайте период сигнала в секундах.
Зная период сигнала, вычислите его частоту и сравните полученный результат с показаниями на шкале частот звукового генератора.
Изменяя частоту сигнала звукового генератора, повтоите измерения на 4-5 различных частотах. Результаты измерений занесите в табл. 1.
|
Период сигнала, дел. |
Период сигнала, С |
Частота сигнала, Гц |
Показания по шкале генератора |
Измерьте амплтитуду сигнала в делениях. Определите коэффициент отклонения луча по вериткали и подсчитайте амплитуду сигнала в вольтах
Определите эфективное напряжене выходного сигнала звукового генератора по показаниям вольтметра, расположенного на лицевой панели звукового генератора, и вычислите амплитуду этого сигнала по формуле:
Сравните полученный результат с результатом измерения амплитуды сигнала на экране осциллографа.
|
Частота сигнала звукового генератора, Гц |
Амплитуда сигнала, дел. |
Амплитуда сигнала, В |
Эффективное напряжение на выходе звукового генератора, В |
Аплитудное напряжение на выходе звукового генератора, В |
Задание 2
ИССЛЕДОВАНИЕ ИМПУЛЬСНОГО СИГНАЛА
2. Получите на экране осциллорафа устойчивую картину прямоугльных импульсов и зарисуйте её.
Определите скважность прямоугольного импульса при 4-5 различных частотахзвукового генератора. Результаты измерений занесите в табл. 3.
|
τ |
Т |
Q |
Задание 3
НАБЛЮДЕНИЕ ФИГУР ЛИССАЖУ
2. Изменя частоту сигнала звукового генератора, получите и зарисуйте фигуры Лиссажу при соотношении частот 2:1, 1:1, 1:2, 1:3. Частота сигнала, подавемого на осциллограф с источника питания, ровна 50 Гц.
Результаты измерений занесите и рисунки поместите в табл. 4.
|
Частота сигнала звукового генератора, Гц |
Вид фигуры Лиссажу |
Соотношение частот, определенное повиду фигуры |
Контрольные вопросы