Електронний осцилограф С1-83 Загальна характеристика

Електронний осцилограф – це прилад для візуального спостереження та вимірювання параметрів змінних у часі електричних процесів. Умовно осцилографи можна поділити на чотири групи: 1) лабораторні універсальні з чутливістю до сотень міліметрів на вольт (мм/В); 2) прості осцилографи з чутливістю від 10 до 100 мм/В; 3) осцилографи для спостереження повільних процесів, у яких використовуються електронно-променеві трубки з великою тривалістю післясвітіння екрана; 4) імпульсні осцилографи для спостереження короткочасних процесів. Осцилограф дає можливість спостерігати процеси тривалістю до 10 ^–8 – 10 ^–7 с.

У лабораторній роботі використовується універсальний двоканальний осцилограф С1-83. Цей осцилограф призначений для візуального спостереження і дослідження електричних сигналів у діапазоні частот 0–5 МГц. Він дозволяє:

- вимірювати амплітудні та часові параметри досліджуваного сигналу;

- одночасно спостерігати зображення двох досліджуваних сигналів на одній розгортці;

- спостерігати функціональні залежності між двома сигналами в режимі X-Y.

Діапазон вимірювання напруги – від 200 мкВ до 200 В, діапазон вимірювання часових інтервалів –від 100 нс до 20 с. Похибка вимірювання залежить від діапазону і в середньому становить 6 %. До основних блоків універсального осцилографа С1-83 входять: електронно-променева трубка (скорочено ЕПТ), генератор розгортки, блок синхронізації, два підсилювачі вертикального відхилення електронного променя, блок живлення, генератор для калібрування масштабу часу та напруги.

Основним елементом електронного осцилографа є електронно-променева трубка (ЕПТ) (рис. 4.1.1).

Рисунок 4.1.1 – Схема електронно-променевої трубки: 1 – катод; 2 – керувальний електрод; 3 – перший анод; 4 – другий анод; 5 – пластини конденсатора, що відхиляють пучок у вертикальному напрямку; 6 – пластини конденсатора, що відхиляють пучок у горизонтальному напрямку; 7 – флуоресціюювальний екран; 8 – електрон­ний пучок

Усередині ЕПТ створюється вакуум. Електронний пучок випромінюється нагрітим до високої температури катодом 1 (явище термоелектронної емісії). Далі електронний пучок проходить крізь отвір у керувальному електроді 2, від потенціалу якого залежить інтенсивність електричного струму. Змінюється потенціал цього електрода за допомогою регулятора на панелі осцилографа “яркость” (рис. 4.1.3). Потім електронний пучок спрямовується в отвір у першому аноді 3, до якого підведена стала позитивна напруга в кілька сотень вольтів. Перший анод 3 розміщений і побудований так, що його поле концентрує електронний пучок (пучок стає тонким). Потенціал анода 3 змінюється регулятором “фокус” (рис. 4.1.3). До другого анода 4 підведена більш висока напруга. Поле другого анода 4 призначене для прискорення електронів до великої швидкості. У цілому цю першу частину електронно-променевої трубки (позиції 1–4, рис. 4.1.1) часто називають електронною гарматою (або електронним прожектором). Повна напруга, яка подається до електронної гармати ЕПТ осцилографа С1-83, приблизно дорівнює 5000 В.

Далі пучок електронів проходить між пластинами двох плоских конденсаторів 5 і 6 (рис. 4.1.1). Конденсатори розміщені взаємно перпендикулярно. Завдяки цьому пучок електронів може відхилятися під дією електричних полів конденсаторів у взаємно перпендикулярних напрямках. Величина зміщення залежить як від значення напруги, що прикладена до пластини, так і від швидкості руху електронів. Так, якщо одна напруга пропорційна змінній із часом величині , а друга – величині , то на екрані осцилографа світна точка описуватиме деяку функцію у прямокутній системі координат.

Як правило, на перший конденсатор 5, електричне поле якого відхиляє пучок у вертикальній площині, подається досліджувана напруга. На другий конденсатор 6, електричне поле якого відхиляє пучок у горизонтальній площині, подається напруга пилкоподібної форми від генератора розгортки (рис. 4.1.2). Пилкоподібна форма напруги розгортки характерна тим, що протягом досить великого проміжку часу Т₁ зростання напруги пропорційне часу, а спад напруги відбувається практично миттєво за час Т₂ (Т₂ << Т₁). Тому електронний пучок відхиляється зліва направо пропорційно часу (прямий або робочий хід) і потім практично миттєво повертається у вихідне положення (зворотний хід). Під час зворотного ходу промінь гаситься, тому на екрані спостерігається лише прямий хід. Якщо період розгортки великий, то рух світної точки добре помітний на екрані. У цьому разі рух світної точки дуже часто повторюється, і око людини не може розрізнити переміщення променя – на екрані спостерігається неперервна лінія. Період розгортки можна регулювати на панелі осцилографа перемикачем “время/дел”, а також ручкою “плавно развертка” (рис. 4.1.3).

Рисунок 4.1.2 – Залежність напруги генератора розгортки від часу (розгортка пилкоподібної форми): T₁ – час зростання напруги, T₂ – час спаду напруги (Т₂ << Т₁)

Таким чином, створюється відхилення електронного променя 8 (рис. 4.1.1), яке в горизонтальному напрямі прямо пропорційне часу, а у вертикальному напрямі – напрузі досліджуваного сигналу. Електронний пучок 8 залишає на флуоресціювальному екрані 7 (рис. 4.1.1) слід, який є розгорнутою картиною досліджуваних електричних коливань.

Створений на екрані осцилографа флуоресціювальний слід буде нерухомим (тобто електронний промінь на екрані рухатиметься по одній і тій самій кривій) лише тоді, коли частоти досліджуваного сигналу і пилкоподібної напруги будуть кратними. Якщо не виконати цієї умови, то зображення на екрані буде рухатися. Для узгодження частоти досліджуваного сигналу з частотою генератора розгортки застосовують синхронізацію. Синхронізація може здійснюватися безпосередньо як за допомогою досліджуваного сигналу (найчастіше), так і за допомогою зовнішнього джерела або внутрішнього джерела напруги (різні режими синхронізації осцилографа встановлюються перемикачами “синхронизация” (рис. 4.1.3)). При синхронізації від досліджуваного сигналу генератор розгортки запускається в момент часу, коли напруга досліджуваного сигналу набуває якогось визначеного значення. Це визначене значення може регулюватися на панелі осцилографа “Уровень” (рис. 4.1.3). Завдяки цьому світна точка на екрані осцилографа починає рухатися з одного й того самого місця. В цьому разі лінія, вздовж якої рухається на екрані електронний промінь, із часом не зміщується й стає нерухомою.