Теоретическая часть. Осциллограф

Осциллограф

Цели работы:

рассмотреть принцип работы осциллографа, назначение его узлов и их взаимодействие;

определить чувствительность электронно-лучевой трубки;

получить осциллограммы напряжений при различном соотношении частот сигнала и развёртки;

оценить линейность вертикального усилителя и исследовать его частотные свойства;

получить фигуры Лиссажу при различной величине n отношения частоты входного сигнала к частоте контрольного сигнала, где n = {1, 2, 3, 4}.

Приборы и оборудование: генератор низкочастотных сигналов Г3-109 (класс точности 2,5); осциллограф ЭО-7 со съёмной миллиметровой сеткой.

Теоретическая часть

аттенюатор

усилитель вертикальн. отклонения

блок питания питания

ЭЛТ

вход Y

пластины Y

вход Х

Т₁

Т₂

генератор развертки

пластины Х

усилитель горизонт. отклонения

контр. сигнал

синхр.

П₂

П₁

Осциллограф – это прибор, предназначенный для исследования параметров электрических сигналов. Его схема приведена ниже.

Основные блоки осциллографа:

1. Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ).

ЭЛТ представляет собой откачанный до высокого вакуума стеклянный баллон, передняя стенка которого (экран) покрывается с внутренней стороны специальным составом – люминофором; в месте попадания на него электронного луча образуется яркая светящаяся точка.

Последний формируется с помощью электронной пушки, состоящей из подогревного катода К и трех цилиндрических коаксиальных электродов: модулятора М, первого анода А₁ и второго анода А₂. Электроны, вылетающие из катода, ускоряются и фокусируются полем этих электродов таким образом, чтобы на экране трубки получилось небольшое светящееся пятно.

Чем больше электронов в пучке, т.е. чем больше ток пучка, тем ярче пятно на экране. Ток регулируется напряжением на модуляторе с помощью потенциометра, ручка которого выведена на переднюю панель прибора (ручка «яркость»).

A₃

Экран

Н

A₂

A₁

M

К

Y

X

Фокусировка осуществляется изменением напряжения на первом аноде с помощью соответствующего потенциометра (ручка «фокус» на передней панели).

2. Входные цепи и усилители.

к вертик. усилителю

“Вход”

“Земля”

П

R 3 20 k

R 2 200 k

R 1 2 M

R 4 2 M

C _вх

C 1

Реальная чувствительность трубки составляет порядка 1,5–2 мм/В. Исследуемые же сигналы могут иметь величину от милливольт до сотен вольт, поэтому для получения нормальной осциллограммы их, как правило, необходимо усиливать или ослаблять.

С левых гнезд «вход» и «земля» на передней панели осциллографа сигнал подается на входной делитель напряжения (аттенюатор), упрощенная схема которого приведена выше. Конденсатор C1 препятствует попаданию на вход усилителя постоянной составляющей сигнала. Резисторы R1, R2 и R3 образуют ступенчатый делитель напряжения. Ручка переключателя П выведена на переднюю панель («ослабление»). В схеме усилителя предусмотрен потенциометр, плавно регулирующий величину сигнала (левая ручка «усиление»). С выхода усилителя сигнал поступает непосредственно на Y пластины.

3. Блок развертки.

Пилообразное напряжение, с помощью которого осуществляется равномерное во времени горизонтальное отклонение луча, вырабатывается генератором развертки.

t

T_p

q

U_p

U₀

-U₀

U_з

U_г

U_р

e

T_p

q

t

В идеале график напряжения развертки U_р должен быть таким, как изображенный слева, но на самом деле оно изменяется по экспоненциальному закону – так, как показано справа.

к горизонт. усилителю

синхронизация

R1

П₁

R2

R3

+

С2

С1

С3

–

Генератор собран на тиратроне – газонаполненной лампе, которая имеет накаливаемый катод и управляющую сетку. Пока напряжение на аноде не достигнет величины напряжения зажигания U_з, тиратрон практически не пропускает ток. В это время конденсатор, включенный между анодом и катодом, заряжается через сопротивление (R2+R3). Как только напряжение на конденсаторе достигнет величины U_з, тиратрон «зажигается», его сопротивление резко падает, и конденсатор быстро разряжается до тех пор, пока напряжение на аноде не упадет до величины напряжения «гашения» U_г. Тиратрон при этом закрывается, его сопротивление резко возрастает, а конденсатор вновь начинает заряжаться.

Скачкообразное изменение частоты развертки осуществляется с помощью переключателя П₁, который позволяет менять емкость подключаемого конденсатора (ручка «диапазон частот»). На самом деле П₁ имеет 9 положений и может подключать 8 конденсаторов. В 9-м (крайнем левом) положении он отключает генератор развертки от горизонтального усилителя и подключает последний к правым входным клеммам. При каждом положении П₁ частоту развертки можно менять с помощью переменного сопротивления R2 (ручка «частота плавно»).

4. Синхронизация.

Для получения неподвижной осциллограммы должно выполняться условие , где m и n – целые числа. Правда, в случае, когда m≠1, может получиться наложение друг на друга разных кусков осциллограммы.

Однако колебания генератора развертки нестабильны; кроме того, в процессе наблюдения может несколько меняться и частота исследуемого сигнала. Процесс принудительного установления и поддержания кратности этих частот называется синхронизацией.

t

t

U_З

U_г

U_Р

U_с

б)

а)

Т_р

 

Если на сетку тиратрона подать синхронизирующее напряжение U_c, то потенциал зажигания будет изменяться: при уменьшении напряжения на сетке он увеличивается и наоборот. В результате изменяются моменты зажигания тиратрона и устанавливается новый период развертки . Регулировка амплитуды синхронизации осуществляется потенциометром R1 (ручка «амплитуда синхронизации» на передней панели).

Дата добавления: 2015-10-29