Эксперимент в физике. Физический практикум. - Шутов В. И.
ISBN:5-9221-0632-5
Скачать (прямая ссылка):
Разложив эту силу по направлениям вдоль и перпе н д и кул яр но оси системы (рис. 4), легко убедиться, что при описанной структуре поля на
84
Изучение работы электронного осциллографа
электрон, отклонившийся в движении от оси системы, действует помимо ускоряющей, сила, направленная на участке первого анода к оси, а на участке второго — от оси системы.
катод
электрод
Рис. 2.
Рис. 4.
Изучение работы электронного осциллографа 85
В рассматриваемой системе собирательное действие электрического поля преобладает над рассеивающим из-за того, что
- напряженность электрического поля (густота силовых линий) на участке первого анода больше, чем на участке второго анода;
- электроны двигаются ко второму аноду с ускорением, т. е. проходят рассеивающий участок с большей скоростью, чем собирательный, следовательно, на рассеивающем участке траектории искривляются меньше;
- первый анод имеет меньший диаметр, чем второй, следовательно, изгиб силовых линий вблизи оси трубки больше на участке первого. Поэтому поперечная составляющая поля всегда больше на участке первого анода.
Описанная конструкция как бы «сводит» траектории электронов, группируя их вдоль оси симметрии системы. Она получила название электрической линзы.
4. Генератор развертки. Чтобы с помощью осциллографа исследовать изменение величины сигнала (напряжения) как функцию времени, необходимо подать исследуемый сигнал на пластины вертикального отклонения ЭЛТ. Тогда, если на пластины горизонтального отклонения луча мы подадим напряжение, линейно возрастающее во времени, то перемещающееся по экрану световое пятно изобразит в координатах у = /(х) график зависимости сигнала от времени II — /(?). К сожалению, через несколько секунд или долей секунд изображение на экране исчезнет, т. к. луч покинет пределы экрана, а время послесвечения люминофора ограничено. Но если сигнал периодический, т. е. повторяющийся во времени, мы можем получить на экране устойчивое неподвижное изображение. Для этого будем подавать на пластины горизонтального отклонения ЭЛТ так называемое «пилообразное» напряжение (рис. 5 а). Очевидно, что если при этом между периодом сигнала Тс (рис. 5 б) и периодом пилообразного напряжения развертки Тр будет выполняться соотношение Тр = п • Тс, где п — целое число, на экране появится неподвижное изображение, т. к. луч при движении будет повторно попадать в одни и те же точки поверхности экрана. Невозможно, однако, мгновенно изменить напряжение на отклоняющих пластинах, поэтому реально пилообразное напряжение на них имеет вид, приведенный на рис. 5 в.
Оказывается, что только часть времени (Тр) луч перемещается в нужном для нас направлении, «разворачивая» сигнал по экрану (рабочий ход). Время АТ необходимо для возврата луча в исходное положение (обратный ход). Луч на это время гасится; на управляющий электрод подается запирающее напряжение. Очевидно, что и в этом случае достаточно удовлетворить равенству Тр + АТ = п • Тс и мы получим на экране стабильное изображение (правда, на экране мы увидим не п периодов сигнала, а немного меньше — на АТ). Таким образом, для получения неподвижного изображения на экране ЭЛТ нам достаточно иметь возможность плавно изменять в достаточно широких пределах частоту генератора развертки, чтобы подобрать период непрерывно следующих друг за другом импульсов развертки кратным периоду исследуемого сигнала.
86
Изучение работы электронного осциллографа
__..........
И Л
Л Л А
\^ КУ А ^—-Л. Им.
АТ і
Рис. 5.
Такой способ синхронизации развертки (периодическая автоматическая развертка) используется в ряде простейших электронных осциллографов, но для точных измерений он мало применим.
Дело в том, что построить генератор пилообразного напряжения, частота которого плавно изменялась бы в К)6 раз и при этом гарантировать высокую (до 1%) линейность переднего (рабочего) фронта импульса развертки и высокое постоянство (так же до 1%) длительности нарастания напряжения — задача технически весьма сложная.
Гораздо проще сделать высоко стабильный генератор развертки на несколько фиксированных частот. Как же в этом случае согласовать во времени (синхронизировать) работу генератора развертки с частотой исследуемого сигнала, чтобы получить на экране осциллографа не беспорядочное мелькание, а неподвижное изображение?
В этом нам поможет принцип «ждущей» развертки (рис. 6). Представим, что напряжение на пластинах горизонтального отклонения начинает возрастать не сразу по окончании очередного цикла, а по определенному сигналу запуска, который будет подаваться в тот момент, когда напряжение исследуемого сигнала достигнет заранее заданной величины, называемой уровнем запуска.
Время развертки Тр задается режимом работы самого генератора и не связано с длительностью сигнала. Таким образом, «ждущая» развертка позволяет детально изучить осциллограмму сигнала и более точно определить амплитуду и временные характеристики сигнала.
Изучение работы электронного осциллографа 87
5. Схема синхронизации. В режиме ждущей развертки схема синхронизации следит за мгновенным значением напряжения сигнала, сравнивает его с заданным уровнем запуска и выдает запускающий импульс на генератор развертки. Сигналом, с которым синхронизируется работа осциллографа, может быть как сам исследуемый, так и любой другой сигнал, что иногда более удобно.
