37938

ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОНННО – ЛУЧЕВОГО ОСЦИЛЛОГРАФА

Лабораторная работа

Физика

4 Устройство и принцип работы осциллографа.11 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 50 ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОНННО – ЛУЧЕВОГО ОСЦИЛЛОГРАФА Цель работы Изучение устройства электронно – лучевого осциллографа и знакомство с некоторыми видами наблюдений и измерений которые можно проводить с его помощью. Устройство и принцип работы осциллографа Осциллографы бывают различного типа и назначения. Например с помощью осциллографа можно найти силу тока и напряжение изучать зависимость силы тока и напряжения от времени измерять сдвиг фаз между ними сравнивать...

Русский

2013-09-25

206.5 KB

55 чел.

Содержание

  1.  Цель работы…………………………………………………………..4
  2.  Теоретическая часть………………………………………………….4
    1.  Устройство и принцип работы осциллографа………………….…4
    2.  Получение изображения на экране ЭЛТ…………………………..8
  3.  Экспериментальная часть…………………………………………….9
    1.  Приборы и принадлежности………………………………………..9
    2.  Описание установки…………………………………………………9
    3.  Порядок выполнения работы……………………………………...10
  4.  Контрольные вопросы……………………………………………….11

Список литературы………………………………………………….11


ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 50

ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОНННО – ЛУЧЕВОГО ОСЦИЛЛОГРАФА

  1.  Цель работы

Изучение устройства электронно – лучевого осциллографа и знакомство с некоторыми видами наблюдений и измерений, которые можно проводить с его помощью.

2. Теоретическая часть

2.1. Устройство и принцип работы осциллографа

Осциллографы бывают различного типа и назначения. Наиболее распространены магнитоэлектрические («шлейфовые») осциллографы и электронные осциллографы («осциллоскопы»).

Область применения осциллографов чрезвычайно обширна. Возможность преобразования механических, химических, световых, тепловых и других величин в электрические сигналы позволяет применять осциллографы во многих отраслях науки и техники.

Электронный осциллограф предназначен прежде всего для исследования быстропеременных периодических процессов. Например, с помощью осциллографа можно найти силу тока и напряжение, изучать зависимость силы тока и напряжения от времени, измерять сдвиг фаз между ними, сравнивать частоты и амплитуды различных переменных напряжений. Кроме того, при применении соответствующих преобразователей осциллограф позволяет исследовать неэлектрические процессы, например измерять малые промежутки времени, кратковременные давления и  т. д.

Достоинством электронно – лучевого осциллографа является его высокая чувствительность и практическая безынерционность действия, что позволяет исследовать процессы, длительность которых не превышает 10 – 6 – 10 – 7 с.

Электронный осциллограф состоит из электронно – лучевой трубки, усилителей исследуемого сигнала, генератора развертки, блока питания: трансформатора и выпрямителя. Все эти блоки находятся внутри корпуса, на переднюю панель которого выведены экран электронно – лучевой трубки, тумблер включения и выключения питания осциллографа, различные переключатели, ручки управления и зажимы для подачи на осциллограф исследуемых напряжений.

Рассмотрим устройство и принцип действия отдельных частей осциллографа.

Электронно – лучевая трубка представляет собой стеклянную колбу специальной формы рис. 2.1 с вмонтированной в нее системой электродов. Внутри колбы создан высокий вакуум.

Рис. 2.1

В колбе помещается подогреватель 1, катод 2, управляющий электрод 3, первый анод (фокусирующий) 4, второй анод (ускоряющий) 5, вертикально отклоняющие пластины 6, горизонтально отклоняющие пластины 7, экран 8, покрытый флюоресцирующим веществом.

Основной узел ЭЛТ – электронно – лучевая пушка, которая формирует электронный луч и направляет его на экран. Она состоит из нескольких электродов.

Катод – это полый тонкостенный цилиндр с плоским донышком, покрытый активирующим слоем для уменьшения работы выхода электрона.

Нить накала – спираль из вольфрама, покрытая керамикой для изоляции от катода. На спираль подается низкое напряжение, Нагреваясь, спираль накаляет катод до температуры, при которой происходит достаточно интенсивная термоэлектронная эмиссия с поверхности катода.

Управляющий электрод. выполняет две функции: предварительную фокусировку электронного луча и регулировку его плотности. Подавая на управляющий электрод отрицательный по отношению к катоду потенциал, можно регулировать число электронов, выходящих из электронной пушки, и, следовательно, яркость свечения экрана. Поэтому ручка, соответствующая движку потенциометра R1, обозначается значком   «яркость». К тому же электроны, вылетающие с торца катода в различных направлениях, отклоняются полем управляющего электрода и проходят через отверстия в его донышке. Таким образом, управляющий электрод сужает электронный луч, «фокусирует» его.

Система из двух анодов: 4 – первый анод и 5 – второй анод. Эти электроды предназначены для ускорения электронного потока и его точной фокусировки. Пучок, проходя внутри первого анода, сжимается, а затем окончательно фокусируется второй электростатической линзой, образованной полем между первым и вторым анодами. Фокусировка осуществляется изменением потенциала первого анода. Движок потенциометра R3 обозначается значком – фокус.

Система отклоняющих пластин.

  1.  

                                                         

горизонтали (вдоль оси Х).                                             Рис.2.2

Электрон влетает в однородное электрическое поле со скоростью v0 = vz. Вдоль оси z на электрон не действуют никакие силы, поэтому в этом направлении он движется равномерно:

                                                   z = v0 t .                                              (2.1)

Вдоль оси Y на электрон действует постоянная сила F = eE, где  – напряженность поля между пластинами. Следовательно, движение электрона вдоль оси Y является равноускоренным и для него справедливы уравнения:

                                           Vy = at,       y = .                                   (2.2)

Ускорение найдем из второго закона Ньютона:

                                       .                                 (2.3)

Тогда

                                                  .                                          (2.4)

Учитывая, что  из (2.4) получим

                                                .                                         (2.5)

Из формулы (2.5) видно, что смещение луча на экране пропорционально напряжению на отклоняющих пластинах. Поэтому, можно записать

                                                  ;                                             (2.6)

                                                 ,                                             (2.7)

где х, y – смещения луча в горизонтальном и вертикальном направлениях; ux, uy – разности  потенциалов между горизонтально и вертикально отклоняющими пластинами; αx, αy – чувствительность трубки к напряжению соответственно в направлении осей х и у.

При одновременно действии полей между обеими парами пластин луч смещается и в горизонтальном и в вертикальном направлениях и окажется в точке с координатами х и у, определенными формулами (2.6) и (2.7).

2.2. Получение изображения на экране ЭЛТ

Для того, чтобы на экране осциллографа можно было увидеть, как в некотором физическом процессе величина у меняется в зависимости от изменения другой физической величины х, т.е.            у = f(x), необходимо на горизонтально отклоняющие пластины подать напряжение ux, пропорциональное х, а на вертикально отклоняющие пластины одновременно подать напряжение uу, пропорциональное у. Тогда электронный луч начертит на экране линию, соответствующую зависимости у = f(x). Если теперь луч неоднократно заставить повторить тот же путь по экрану, то в следствии инерционности глаза, наблюдатель увидит неподвижный график зависимости у = f(x).

На практике часто приходится наблюдать изменение различных физических величин в зависимости от времени, т.е. у = f (t). При этом на вертикально отклоняющие пластины необходимо подать напряжение, пропорциональное исследуемой величине у, а на горизонтально отклоняющие пластины – напряжение, изменяющееся пропорционально времени.

Для создания напряжения, величина которого меняется пропорционально времени, в осциллографе существует генератор развертки. Под действием этого напряжения луч смещается по экрану слева направо, причем в любой момент времени это смещение будет пропорционально времени, отсчитанному от начала движения луча. Одновременно поданное на вертикально отклоняющие пластины напряжение, пропорциональное исследуемой физической величине у, будет смещать луч по вертикали в соответствии с изменением у. Однако, когда луч дойдет по горизонтали до крайнего правого положения, его нужно мгновенно перевести в исходное положение, а физический процесс повторить сначала. Следовательно, напряжение генератора развертки скачком должно изменится до первоначального значения, а потом снова начать расти по тому же закону. Поэтому зависимость напряжения генератора развертки от времени должна иметь вид, показанный на рис. 2.3. Такое напряжение называются пилообразным.

Для того чтобы картинка на экране осциллографа получилась устойчивая, необходимо, чтобы частота пилообразного напряжения совпадала с частотой повторения изучаемого физического процесса или была меньше ее в целое число раз. Поэтому частота напряжения, даваемого генератором развертки, может меняться в широком диапозоне, и с помощь, специальной схемы генератор развертки синхронизируется с исследуемым напряжением, подаваемым на вертикально отклоняющие пластины.

     Рис. 2.3

3. Экспериментальная часть

3.1. Приборы и принадлежности

  1.  Осциллограф универсальный
  2.  Генераторы

3.2. Описание установки

Установка состоит из осциллографа и двух генераторов.

Измерение амплитуды и частоты сигнала осциллографом заключается в определении линейного размера изображения исследуемого сигнала с учетом цены деления шкалы на экране осциллографа:

                                                ,                                                (3.1)

                                              ,                                            (3.2)

где u – амплитуда сигнала, В; Н и П – размер изображаемого сигнала в делениях шкалы (для П расстояние между соседними максимальными значениями u); kx – цена деления шкалы осциллографа, устанавливаемая переключателем «ВРЕМЯ/ДЕЛ»; ky – цена деления шкалы осциллографа, устанавливаемая переключателем «V/ДЕЛ».

Если складывать два взаимно перпендикулярных колебания с равными или кратными частотами, то луч будет описывать на экране замкнутые траектории, которые называются фигурами Лиссажу. При небольшой разности частот форма фигур медленно меняется, а при большой – картинка размывается.

Пусть от генератора на вход “КАНАЛ 1” осциллографа подается сигнал , а на вход “КАНАЛ 11” от другого генератора поступает смещенный по фазе сигнал той же частоты: . Уравнение траектории можно получить, исключая из этих уравнений время t:

.

Таким образом фигура, которую описывает луч при сложении колебаний, имеющих одинаковую частоту, представляет собой эллипс, ориентация которого зависит от разности фаз колебаний.

В общем случае вид фигуры Лиссажу зависит от соотношений между периодами, фазами и амплитудами колебаний. Зная параметры одного колебания, можно по фигуре Лиссажу определить параметры другого колебания.

3.3. Порядок выполнения работы

Задание 1. Исследование синусоидального сигнала звукового генератора.

  1.  Подать на вход канала 1 через кабель исследуемый сигнал от генератора А.
  2.  Переключателями V/ДЕЛ канала 1, ВРЕМЯ/ДЕЛ, ручками ↕, ↔, получить на экране устойчивое изображение нескольких периодов сигнала и положения.
  3.  Определить визуально линейные размеры изображения заданных параметров сигнала в делениях шкалы экрана ЭЛТ.
  4.  По формулам (3.1) и (3.2) определить амплитуду и частоту сигнала.
  5.  Повторить измерение частоты сигнала звукового генератора на трех – четырех различных частотах.
  6.  Сравнить значения частоты измерений с помощью осциллографа с показаниями генератора.

№ п/п

Период сигнала в делениях шкалы

Период сигнала в с

Частота сигнала

Показания генератора

Амплитуда сигнала в делениях шкалы

Амплитуда сигнала в В

Задание 2. Получение фигур Лиссажу.

  1.  Подать на входы каналов 1 и 11 через кабели исследуемые сигналы с генераторов А и В.
  2.  Установить на генераторе А частоту 100 Гц.
  3.  Получить на экране осциллографа неподвижную фигуру Лиссажу и по ее виду определить неизвестную частоту генератора В (отношение частот колебаний равно отношению числа касаний фигуры с прямой, параллельной оси Х и с прямой, параллельной оси Y, например:

Рис. 3.1

4. Контрольные вопросы

  1.  Объяснить устройство ЭЛТ осциллографа и назначение ее основных частей.
  2.  Как осуществляется фокусировка электронного луча?
  3.  Как зависит чувствительность трубки осциллографа от ускоряющего напряжения и расстояния между пластинами?
  4.  Что такое фигуры Лиссажу и как они получаются в данной работе?
  5.  Как определить с помощью осциллографа период исследуемого сигнала?

Список литературы

  1.  Савельев И. В. Курс общей физики. Т.2. – М.: Наука, 1998.
  2.  Детлаф А. А., Яворский Б. М. Курс физики. – М.: Высшая школа, 2000.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

67386. СОЦИАЛЬНЫЙ СТАТУС 50 KB
  Помимо понятия социальной роли социологи используют понятие социального статуса. Содержательное различие между ними сводится к тому, что роль выполняют, а статус имеют. Иными словами, роль предполагает возможность качественной оценки того, насколько индивид соответствует ролевым требованиям.
67387. СОЦИАЛЬНОЕ ПОВЕДЕНИЕ 82.5 KB
  Термин поведение имеет несколько иной смысл чем традиционно философские понятия действие и деятельность. Если под действием понимается рационально обоснованный поступок имеющий ясную цель стратегию конкретные осознанные методы и средства то поведение это всего лишь реакция живого...
67388. ДЕВИАНТНОЕ ПОВЕДЕНИЕ 77 KB
  Нормальным называют такое поведение индивидов, которое со ответствует ролевым ожиданиям и ориентировано на признанные обществом ценности и нормы. Однако в любом обществе всегда находятся индивиды, ведущие себя «не по правилам», пренебрегающие нормами, не оправдывающие ролевых ожиданий.
67389. СОЦИАЛЬНЫЙ КОНТРОЛЬ 59 KB
  Для того чтобы общество функционировало нормально, составляющие его индивиды должны поступать согласно установленным социальным нормам. Только в этом случае их поведение может быть прогнозируемым, и общество будет с большой долей; вероятности знать, чего можно ждать от своих...
67390. КУЛЬТУРА 104.5 KB
  Классическим считается определение культуры данное в рамках антропологии знаменитым антропологом Э. Гирц рассматривающий культуру как систему символов которые каждое общество интерпретирует по-своему и считающий что путь к пониманию культуры лежит через интерпретацию ключевых символов которые свои у каждого общества.
67391. ИДЕОЛОГИЯ 113 KB
  Идеология - это связная система взглядов и идей, б котоpых осознаются и оцениваются отношения людей к действительности дpуг к дpугу, социальные проблемы и конфликты, а также содержатся цели (пpогpаммы) социальной деятельности, напpавленной на закpепление или изменение данных общественных отношений.
67392. СОЦИААЛЬНЫЕ ГРУППЫ 85 KB
  Для индивида непосредственный контакт с социальной реальностью - это взаимодействие с окружающей его социальной группой. Именно группа для индивида является представителем общества в целом, его требований и интересов, именно г группа от лица всего общества предлагает индивиду социальные гарантии и блага.
67393. СОЦИААЬНАЯ СТРАТИФИКАЦИЯ 105 KB
  Но отсюда вовсе не следует что все статусы возникшие как продукт социальной дифференциации расположены в иерархическом порядке: некоторые из них например возрастные если рассматривать их в чистом виде без наложения других не содержат оснований социального неравенства в частности статус...
67394. СОЦИАЛЬНАЯ МОБИЛЬНОСТЬ 54.5 KB
  Вопрос о социальном неравенстве всегда влечет за собой вопрос, может ли индивид своими силами добиться повышения своего социального статуса и влиться в состав социального слоя, более высокого, чем его собственный на шкале обеспеченности и престижа.