электронно-лучевой осциллограф – ЧАСТЬ 1

August 26, 2012 by admin Комментировать »

Электрические процессы, протекающие в цепях радиоэлектронных устройств, часто весьма сложны и характеризуются большим числом параметров, не все из которых можно непосредственно измерить стрелочными измерительными приборами. Действительно, вольтметром переменного тока описывае

Рис. 88. Устройство электронно-лучевой трубки:

I — подогреватель; 2 — катод; 3 — управляющий электрод (модулятор); 4 — фокусирующий электрод (первый анод); 5 — анод (второй анод); б — пластины вертикального отклонения луча; 7 — пластины горизонтального отклонения луча; 8 — аквадаг; 9 — люминофор; 10 — баллон ЭЛТ; 11 — электронный луч

мой лаборатории можно измерить только среднеквадратическое эффективное значение переменного напряжения в относительно узком диапазоне частот и тог если его форма близка к синусоидальной. Если же форма колебаний значительно отличается от синусоидальной, погрешность измерений резко возрастает. Правда, эту погрешность можно учесть, но для этого необходимо знать, насколько форма колебаний отличается от синусоидальной. Для полной же характеристики электрических процессов в той или иной цепи необходимо знать закон их изменения во времени.

Для визуального наблюдения и исследования электрических процессов колебаний любой формы используют электронно-лучевые осциллографы. Осциллограф — это, пожалуй, наиболее универсальный измерительный прибор. Помимо качественной оценки исследуемых колебаний, с помощью осциллографа можно измерить ряд их параметров: максимальные и мгновенные значения напряжений и токов, мощность, длительность импульсов, частоту, девиацию частоты, фазовый сдвиг и т. д. Малая инерционность электронно-лучевых осциллографов позволяет применять их для исследования периодических колебаний в широком диапазоне частот, а также непериодических или редко повторяющихся колебаний, например одиночных импульсов.

Индикатором осциллографа является экран электронно-лучевой трубки. Устройство одной из современных электронно-лучевых трубок показано на рис. 88. Она представляет собой электровакуумный прибор в виде длинного стеклянного баллона 10 цилиндрической формы, на одном из концов которого имеется конусообразное расширение. В цилиндрической части баллона (горловине) размещены две группы электродов, одна из которых образует так называемую электронную пушку, а другая — отклоняющую систему. Экраном 9 трубки служит тончайший слой специального вещества — люминофора, нанесенный на основание конической части. Под ударами электронов, сфокусированных в тонкий луч, люминофор начинает светиться, благодаря чему исследуемые колебания становятся видимыми.

Электронная пушка предназначена для создания узкого пучка электронов (электронного луча). В состав электронной пушки входят: катод 2 с подогревателем 1, управляющий электрод или модулятор 3, фокусирующий электрод 4 (или первый анод) и анод 5 (или второй анод).

Источником электронов в трубке, как и в электронных лампах, служит катод 2. Под действием напряжения накала UH подогреватель 1 раскаляет катод, и его торцевая поверхность, на которую нанесен оксидный слой, начинает испускать электроны. Для формирования электронного луча на фокусирующий электрод 4 и анод 5 подают положительные (по отношению к катоду) напряжения: на первый— 100 … 500, на второй— 1000 … 3000 В. Между катодом и этими электродами установлен управляющий электрод 3, охватывающий катод и представляющий собой металлический стакан с небольшим круглым отверстием в дне. На этот электрод подается отрицательное (также по отношению к катоду) напряжение около нескольких десятков вольт, под действием которого электроны группируются вблизи оси трубки. Здесь они попадают в электростатическое поле фокусирующего электрода 4, который, как и анод 5, притягивает их. Под действием электростатического поля часть электронов проскакивает через центральное отверстие управляющего электрода и устремляется к фокусирующему электроду 4.

Если теперь изменить напряжение на управляющем электроде, то изменится и количество электронов, образующих электронный луч, а следовательно, и яркость светящегося пятна на экране трубки. Чем меньше (по абсолютной величине) напряжение на этом электроде, тем ярче изображение на экране, и, наоборот, чем оно больше, тем яркость меньше. При некотором значении этого напряжения изображение на экране полностью пропадает. Иначе говоря, управляющий электрод в электронно-лучевой трубке выполняет те же функции, что и управляющая сетка в электронной лампе (отсюда и его название).

Фокусирующий электрод 4 также выполнен в виде цилиндра, ось которого совпадает с осью трубки, но внутри его имеется несколько перегородок (на рисунке — три) с отверстиями в центре. Попав внутрь фокусирующего электрода, электроны движутся так, что их траектории перекрещиваются вблизи некоторой точки Оь а затем вновь расходятся. Для ограничения ширины расходящегося электронного пучка и служат перегородки с отверстиями.

Окончательное формирование пучка электронов в луч И и фокусировка происходят между фокусирующим электродом 4 и анодом 5. Внутри фокусирующего электрода силовые линии электростатического поля идут под большим углом к оси трубки, поэтому на электроны действуют значительные силы, «прижимающие» их к оси. Внутри же анода направление силовых линий изменяется так, что электроны, продолжая двигаться ускоренно, несколько отходят от оси трубки. За пределами анода электроны движутся с постоянной скоростью под малым углом к оси трубки. Их траектории на этом участке пути прямолинейны и сходятся в некоторой точке О2, лежащей на оси трубки. Изменяя напряжение на фокусирующем электроде с помощью переменного резистора Иф, подбирают электростатическое поле вдежду фокусирующим электродом и анодом так, чтобы электронный луч фокусировался в четкую светящуюся точку на поверхности экрана.

Электронно-лучевая трубка, устройство которой мы рассматриваем, обладает одним недостатком. При изменении напряжения на фокусирующем электроде изменяется и яркость светящегося пятна на экране трубки. Происходит это потому, что изменение напряжения на фокусирующем электроде приводит к изменению электростатического поля между ним и управляющим электродом. Этот недостаток устраняют введением еще одного электрода в виде длинного цилиндра с перегородками, который электрически соединяют с анодом. Благодаря этому электроны почти не попадают на фокусирующий электрод, его ток становится близким к нулю и регулировка яркости получается независимой от фокусировки луча. Так, в частности, устроена и электронно-лучевая трубка 5JI038, на которой собран описываемый здесь несложный любительский осциллограф.

Достигая экрана и ударяясь в люминофор, электроны луча выбивают из него так называемые вторичные электроны, влияющие на фокусировку луча. Для их отвода на внутреннюю поверхность трубки, начиная от анода и почти до самого экрана, наносят проводящий слой графита 8, который электрически соединяют с анодом. Графитовое покрытие (аквадаг) полезно и тем, что в некоторой степени экранирует луч от воздействия внешних электрических полей. Однако такой экранировки часто недостаточно, поэтому трубку, как правило, дополнительно экранируют, помещая ее в цилиндрический экран из материала с высокой магнитной проницаемостью (пермаллой, сталь).

Для того чтобы электронный луч воспроизвел на экране трубки форму исследуемых электрических колебаний, его, очевидно, необходимо заставить отклониться от центра экрана. Эту задачу выполняет отклоняющая система, состоящая из двух пар отклоняющих пластин 6 и 7, плоскости которых взаимно перпендикулярны и образуют два конденсатора малой (1… 3 пФ) емкости. В зависимости от того, в какой плоскости пластины отклоняют луч, их называют пластинами горизонтального отклонения (или пластинами X) и пластинами вертикального отклонения (или пластинами Υ).

Если, например, на пластины вертикального отклонения б подать некоторое постоянное напряжение, то электронный луч, проходя между ними, отклонится в сторону положительно заряженной пластины, а светящееся пятно переместится в точку Оз. При изменении значения и знака отклоняющего напряжения светящаяся точка будет перемещаться по экрану, прочерчивая на нем вертикальную линию. Эта линия будет видна и при медленном изменении отклоняющего напряжения. Происходит это потому, что все люминофоры, которыми покрывают экраны трубок, обладают так называемым послесвечением, т. е. светятся и после прекращения воздействия на них электронного луча. Это свойство люминофора, а также инерция глаза позволяют наблюдать изображения (осциллограммы) электрических процессов не в виде перемещающейся по экрану тотеи, а в виде слитной кривой.

Источник: Борисов В. Г., Фролов В. В., Измерительная лаборатория начинающего радиолюбителя.— 3-е изд., стереотип. — М.: Радио и связь, 1995.— 144 с., ил.— (Массовая радиобиблиотека; Вып. 1213).

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты