№ 64 (1115569)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТимени М. В. ЛомоносоваФизический факультеткафедра общей физики и физики конденсированного состоянияМетодическая разработкапо общему физическому практикумуЛаб. работа № 64ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХСИГНАЛОВ С ПОМОЩЬЮ ОСЦИЛЛОГРАФАРаботу поставил доцент Авксентьев Ю.И.Москва - 2012ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВС ПОМОЩЬЮ ОСЦИЛЛОГРАФАЦелью лабораторной работы является: знакомство с устройствомосциллографа, наблюдение электрических напряжений различной формы, измерение амплитуды и частоты этих напряжений, наблюдение фигур Лиссажу иизмерение сдвига фаз между двумя напряжениями.Устройство и принцип работы осциллографаЭлектронно-лучевая трубкаВ осциллографе кривые зависимости напряжения от времени электрических сигналов высвечиваются на экране узким пучком электронов, летящих сГенераторразверткиВХОД ХЭлектронно-лучевая трубкаК МБлок регулировкикоэфф.

развертки КРА1А2 X- пластиныЭкранТНагревательБлоксинхронизацииБлок регулировкикоэфф. отклонения КСY-пластиныВХОД YЭлектронный лучРис. 1большой скоростью и бомбардирующих экран, светящийся под их воздействием. Осциллограф является, практически, безинерционным прибором и поэтомуможет применяться для наблюдения и регистрации быстропеременных электрических процессов.

Упрощенная схема осциллографа приведена на рис. 1.Основными блоками осциллографа являются: электронно-лучевая трубка,генератор развертки и блоки: синхронизации, регулировки коэффициента развертки, регулировки коэффициента отклонения и блоки источников питания (на рис. 1 не показаны). Электронно-лучевая трубкаявляется важнейшим элементом осциллографа.

Она представляет собой запаянную стеклянную колбу специальной формы, откачанную до высокого вакуума(рис. 1). В колбе находятся: 1) электронная пушка (выделена пунктирной рамкой), т.е. система электродов, предназначенная для создания узкого пучка электронов, летящих с большой скоростью вдоль оси трубки; 2) отклоняющие3пластины, т.е. система электродов, служащая для управления пучком электронов; 3) экран, т.е.

флюоресцирующий слой, покрывающий внутреннюю сторонуоснования колбы, на котором возникает светящееся пятно в том месте, куда попадает пучок электронов.Электронная пушка состоит из группы электродов К, М, А1 и А2 . К —дится нить накала. Эмиссия электронов получается с покрытого оксидным слоемдонышка катода. Для регулирования количества электронов в электронном пучке электронно-лучевая трубка имеет управляющий электрод М, которыйпредставляет собой металлический цилиндр, расположенный вокруг катода. Цилиндр в торце имеет небольшое отверстие, через которое могут проходить электроны.

Управляющий электрод имеет отрицательный потенциал относительно катода.Действие управляющего электрода состоит в том, что электроны, вылетающие из катода, частично отталкиваются управляющим электродом, а частичновылетают в отверстие. Очевидно, чтопри увеличении отрицательного потенAТраекторияYциала на управляющем электроде колиэлектроначество электронов, пролетевших в отверy2стие, уменьшается. Таким образом, изY - пластиныVменяя потенциал управляющего элек+FkV0трода, можно регулировать количествоy1eэлектронов в пучке, а, следовательно, и0XEяркость пятна на экране.За управляющим электродом слеLlдуют два анода: А1 — фокусирующийанод и А2 — ускоряющий анод. НаРис. 2значение анодов следующее. Во-первых,они играют роль, аналогичную анодуэлектронной лампы: притягивая испускаемые катодом электроны, они разгоняют ихдо больших скоростей.

Во-вторых, они фокусируют пучок электронов. Второй анодимеет более высокий положительный потенциал по сравнению с первым, и междуанодами образуется электрическое поле, так называемая электростатическая линза, позволяющая фокусировать пучок электронов. Фокусировка электронного пучкаосуществляется изменением разности потенциалов между анодами. Обычно меняютпотенциал первого анода, который по величине меньше потенциала второго анода.Регулируя потенциал первого анода, можно сфокусировать электроны в точке, которая находится на экране.За электродами электронной пушки находятся две пары отклоняющих пластин, которые служат для управления пучком электронов.

Одна пара пластин расположена горизонтально и носит название вертикально отклоняющих пла4стин или у-пластин. Вторая пара пластин расположена вертикально и носит название горизонтально отклоняющих пластин или х-пластин. Если к какой-либо из пар пластин подвести напряжение, то в пространстве между ними образуется электрическое поле. Электроны пучка при пролете пространства междупластинами испытывают силовое воздействие со стороны этого поля, вследствие чего траектория их искривляется, как показано на рис.2.Поскольку теперь пучок электронов пересекает экран не в точке 0, а в точке А, то мы приходим к выводу, что изменение напряжения на отклоняющих пластинах позволяет перемещать светящееся пятно на экране.Измерение напряженийГоризонтально расположенные пластины вызывают перемещение пятна повертикальному направлению, а вертикально расположенные — по горизонтальному.Отклоняющие пластины расположены по оси трубки за анодами, поэтому электронылетят к ним, двигаясь равномерно (никакие силы в направлении оси X на них недействуют).Покажем, что, несмотря на неравномерное движение электронов между вертикально отклоняющими пластинами, отклонение лучана экране осциллографа пропорционально напряжению, приложенному к ним.1)Электрон, влетающий в пространство между пластинами, предварительнопроходит разность потенциалов U a между вторым анодом и катодом.

Его начальная скорость V 0 , направленная по оси X , может быть определена из закона сохранения энергииmV02 eU a2(1)где e — заряд электрона, m — его масса.Время t1 , необходимое для того, чтобы электрон пролетел горизонтальныепластины длиной l , равно t1  l V . Пусть между этими пластинами имеется элек0трическое поле с напряженностью E . Тогда на электрон в направлении оси Удействует постоянная сила f  eE , и он получает в этом направлении ускорение feEa .

Отклонение y , которое получит электрон, пройдя горизонтальныеmmпластины, равно1)Вывод формулы (7) принадлежит Пустовалову Г.Е. «Электричество. Элементы радиофизики» §4, «Катодный осциллограф», Изд. МГУ 1987 г.5y1 at12.2(2)Подставляя сюда значения a и t1 , получимat12eEl 2.22mV0 2y1 Подставив сюда значение mV0 2 из (1), найдем y1 (3)El 2.4U aНапряженность электрического поля между пластинами E Uyd, где U y -разность потенциалов между пластинами, d - расстояние между ними. Отсюдаy1 2El 2 U y l.4U a 4U a d(4)Пусть экран расположен на расстоянии L от горизонтальных пластин. Тогда отклонение луча по вертикали будет равно y0  y1  y2 , где y1 определено выше, а y2 представляет собой вертикальную составляющую смещения электрона,полученного им на пути от пластин до экрана.

При этом y2  Vy t2 , где Vy - скорость в вертикальном направлении, которую электрон приобретает при вылете изпространства между пластинами. Легко видеть, что Vy  at1 , a t2  L V Подстав0ляя значения a, t1 и t2 в выражение для y2 имеемy2  Vy t2 at1L alL U y lL. 2 V0V02U a d(5)Полное отклонение электронного луча, таким образом, будет равноy0  y1  y2 U yl 24U a dU y lL2U a dU yl  llLUy  L 2U a d  2 2U a d(6)l2так как L   L (поскольку l  L ).Из формулы (6) следует, что полное отклонение l0 линейно зависитот напряжения U y , приложенного к вертикально отклоняющим пла-стинам, т.е.y0   U y ,(7)где коэффициент  , равный lL 2U d определяет чувствительность трубки.aСледовательно, если на пластины осциллографа подать переменное напряжение, то при положительном потенциале верхней пластины луч будет отклоняться вверх, а при отрицательном – вниз.

Таким образом, электронный лучбудет вычерчивать на экране полоску, длина которой 2l0 пропорциональна удвоенной амплитуде приложенного напряжения.6В реальных приборах переменное напряжение поступает вначале в блокступенчатой и плавной регулировки коэффициента отклонения k0 по вертикали.Коэффициентом отклонения называют величину напряжения ввольтах или милливольтах на входе осциллографа, которое вызываетотклонение луча на экране осциллографа по вертикали на одно большое деление масштабной сетки.

Значения коэффициентов отклонения указываются на передней панели осциллографа рядом с соответствующими переключателями. Электронные усилители напряжения, входящие в состав блока,обладают высокостабильным коэффициентом усиления во всем диапазоне рабочих частот и напряжений, что позволяет указывать значения коэффициентовотклонения на передней панели осциллографа рядом с соответствующей ручкойпереключения. Из сказанного следует, что для получения результата измеренияамплитуды переменного напряжения U 1 в вольтах (милливольтах) необходимоиспользуемый при данном измерении коэффициент отклонения k01 умножить наполовину длины вертикальной полоски l01 , U 1  k01 l01.2С помощью осциллографа можно измерять величины напряжений нетолько синусоидальной формы, но и прямоугольной, пилообразной и другойформы. Измерение таких напряжений цифровыми и стрелочными вольтметрамипеременного напряжения приводят к большой ошибке.Наблюдение формы переменного напряжения и измерение частотыОчень часто осциллограф применяется для наблюдения формы колебанийнапряжений.

В этом случае желательно получить на экране осциллографа неподвижное изображение кривой, изображающей зависимость напряжения отвремени, в том виде, как эта зависимость изображается на обычном графике.Например, если исследуемое напряжение имеет синусоидальную форму, тообычным графиком его является синусоида. При изображении синусоиды горизонтальная ось служит осью времени, а вертикальная ось является осью мгновенных значений напряжения. Напряжение U и время t изображаются на графике в виде отрезков прямой. Синусоида будет иметь неискаженную формутолько в том случае, если эти отрезки будут пропорциональны - по вертикалинапряжению - y  aU y (указанное равенство следует из формулы (7)), а по горизонтали времени - x  bt .Таким образом, чтобы получить на экране осциллографа неискаженноеизображение исследуемого напряжения, нужно на горизонтально отклоняющиепластины подать напряжение, пропорциональное времени.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов лабораторной работы