Теоретичні відомості. Вивчення роботи електронного осцилографа

Вивчення роботи електронного осцилографа

Лабораторна робота № 3

Мета роботи: вивчити основні елементи електронного осцилографа, визначити основні характеристики приладу та напрямки використання в медицині.

Обладнання: електронно-променевий осцилограф, звуковий генератор, потенціометр.

У багатьох електронних системах (осцилограф, телевізор, електронний мікроскоп, прискорювач) управління електронами чи іншими зарядженими частинками здійснюється дією на них електричним і магнітним полями. Результуюча сила в цьому випадку дорівнює:

, (3.3.1)

де — напруженість електричного поля, q — електричний заряд, — швидкість руху заряду, — магнітна індукція магнітного поля, — векторний добуток, який є вектором, модуль якого дорівнює v∙B∙sina, де a _, — кут між цими векторами, а напрям визначається за правилом свердлика.

Сила, що діє з боку магнітного поля на електричний заряд q, що рухається зі швидкістю v, називається силою Лоренца:

Fм = q∙v∙B∙sina.

Сила Лоренца є причиною виникнення ефекту Холла. Ефектом Холла називають появу поперечної різниці потенціалів, що виникає у провіднику зі струмом, внесеному у магнітне поле, вектор індукції якого перпендикулярний до напрямку струму.

Рис.3.3.1.Рух зарядженої частинки у зовнішньому електричному полі.

Однорідне електричне поле (рис.3.3.1) з напруженістю відхиляє заряджену частинку q, яка влітає в це поле зі швидкістю , а сила електричного поля надає їй прискорення , яке можна визначити, записавши другий закон Ньютона: , , звідки:

або , (3.3.2)

де — питомий заряд частинки — її головна характеристика. Траекторія руху частинки — парабола, де .

Отже зовнішнє електричне поле може прискорити, сповільнити та відхилити рухомий заряд.

Розглянемо застосування описаних вище явищ.

Мас-спектрографія. Для визначення питомого заряду і маси іонів використовують сумісну дію електричного і магнітного полів. Прилади, призначенні для точних вимірювань питомих зарядів (мас) ізотопів хімічних елементів, називають мас-спектрометрами. Атоми речовини іонізуються, а потім за допомогою електричного та магнітного полів сортуються та реєструються окремо залежно від їхнього питомого заряду .

Електромагнітні вимірювачі швидкості крові. Якщо артерію діаметром d помістити між полюсами магніту, то на одновалентні іони діє сила Лоренца. Під її впливом іони різних знаків рухатимуться до протилежних стінок артерії і створять вздовж вертикалі різницю потенціалів U, тобто електричне поле з напруженістю . Концентрація зарядів на стінках в артерії зростає, поки F_ел = qE не скомпенсує сила Лоренца. З рівності F_л = F_ел можна знайти:

. (3.3.2)

Отже, швидкість руху крові пропорційна напрузі (різниці потенціалів при ефекті Холла, яка виникає поперек артерії, якщо внести її в магнітне поле).

Електронний осцилограф — прилад, який використову­ється для дослідження періодичних та аперіодичних процесів електричних сигналів з частотою 1 гц м 5 мГц, тривалістю імпульсу 0,1 мкс — 1,5 с. За його допомогою можна спостерігати криві періодичного процесу, вимірювати напругу, частоту, фазу, глибину модуляції.

Рис.3.3.2. Блок-схема електронного осцилографа.

Рис.3.3.3. Електро-променева трубка осцилографа.

Блок-схема осцилографа представлена на рисунку 3.3.2 і містить: електронно-променеву трубку (ЕПТ), блок живлення (БЖ), генератор горизонтальної розгортки (ГР), який подає пилкоподібну напругу, підсилювач вертикального відхилення (Підс Y), який дозволяє збільшувати амплітуду досліджуваного сигналу, блок синхронізації (БС), дільники напруги.

До складу електронно-променевої трубки, яка являє собою вакуумну колбу, входить електронна гармата, ряд електродів, котрі фокусують пучок на екрані трубки і надають електронам необхідну швидкість (рис. 3.3.3). У трубці знаходяться вертикально (Y) і горизонтально (Х) відхилюючі пластини, а також електрод А_3­, завдяки якому відводяться електрони, що накопичуються на екрані.

Блок синхронізації. Частота генератора не стабільна за рахунок флуктуації напруги. Джерела досліджуваних сигналів не стабільні – це призводить до нестійкості осцилограми. Для усунення цього недоліку генератор горизонтальної розгортки узгоджують з досліджуваним сигналом.

Блок живлення. Забезпечує необхідну постійну напругу на електродах електронно-променевої трубки. До катода трубки прикладається негативна напруга ~ 1000В, а до анода — позитивна напруга до 5 кВ, блок забезпечує також живлення нитки розжарення електронно-променевої трубки.

Рис. 3.3.4. Пилкоподібна напруга.

Генератор розгортки. Для виявлення на екрані електронно-променевої трубки осцилограм необхідно на горизонтальний вхід осцилографа подати пилкоподібну регульовану за амплітудою і частотою напругу. На рис.3.3.4 показана така напруга: t1 — час наростання напруги, t2 — час спаду напруги, Т — період коливання.

Для спостереження синусоїдальних коливань служить неперервна розгортка. Якщо спостерігаються процеси, які повторюються через неоднакові проміжки часу, то тривалість розгортки повинна бути трохи більшою, ніж тривалість досліджуваного сигналу. Такі розгортки називаються очікуючими чи одноразовими. Генератори такої розгортки приводяться в дію за допомогою зовнішнього пускового сигналу, під дією якого генератор очікуючої розгортки створює тільки один пилкоподібний імпульс.

Генератор міток часу. Сучасні осцилографи мають генератор міток часу або калібратор тривалості. Короткі імпульси цього генератору певної частоти підсилюються і подаються на модулятор. Позитивний потенціал модулятора утворює на осцилограмі ряд яскравих точок, негативний – ряд менш яскравих, ніж осцилограми, точок.

Генератор калібрувального сигналу. Щоб вимірювати напругу, необхідно порівняти досліджуваний сигнал із сигналом калібрувальної напруги – тобто такої, що має точно визначену величину. Для її отримання в осцилографі існує спеціальний генератор, який працює від стабілізатора напруги. За допомогою калібрувального сигналу визначають ціну поділки

або, якщо сітка екрана проградуйована, перевіряють правильність роботи приладу.

Отримання осцилограм. На екрані електронно-проме­невої трубки буде видно вертикальну світлу лінію, якщо на вертикально відхилюючі пластини (Y) подати змінну напругу. Якщо подати на горизонтально відхилюючі пластини (Х), то на екрані буде горизонтальна лінія.

Якщо ж змінну напругу одночасно подати на вертикально та горизонтально відхилюючі пластини, то на екрані буде осцилограма, вигляд якої залежатиме від співвідношення частот, амплітуд і фаз сигналів, які подані на пластини (YX).

Основними параметрами ЕО є:

1) Чутливість S електронно-променевої трубки – відношення зміщення променя (в мм) до величини напруги (у вольтах) на відхилюючих пластинах, якою викликане це зміщення:

; . (3.3.3)

2) Коефіцієнт підсилення по напрузі К, який дорівнює відношенню амплітуди напруги на виході до амплітуди вхідного сигналу відповідного підсилювача (Y чи Х):

. (3.3.4)

3) Частотна смуга пропускання підсилювачів.

Дата добавления: 2014-12-07