VII. Движение заряда в электрическом поле. Осциллограф

Между анодами и экраном располагаются два отклоняющих конденсатора, пластины которых расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях: горизонтально отклоняющие пластины (5) и вертикально отклоняющие пластины (6). Если между отклоняющими пластинами нет разности потенциалов, то электронный луч попадает в центр экрана и вызывает его свечение в виде точки. Если на Y - отклоняющие пластины подать постоянное напряжение, то направление электронного луча изменится, и светящаяся точка сместится по вертикали, причем смещение точки прямо пропорционально приложенному напряжению. В случае переменного напряжения электронный луч начнет колебаться в вертикальной плоскости, а на экране (7) появится светящаяся вертикальная линия, длина которой зависит от приложенного напряжения.

С помощью специальной схемы от генератора непрерывной развертки (генератора пилообразного напряжения) на Х - отклоняющие пластины (5) подается переменное напряжение пилообразной формы (см.рис.7.2). Напряжение в течение периода линейно растет, а затем почти мгновенно падает до нуля. Под влиянием напряжения такой формы светящаяся точка равномерно движется по горизонтали вправо, а затем скачком возвращается в крайнее левое положение. Этот периодически повторяющийся процесс называется горизонтальной разверткой луча.

Получение на экране графика временной характеристики (зависимости физической величины от времени). Если на Y -отклоняющие пластины (6) подать исследуемое напряжение, а к Х -отклоняющим пластинам (5) приложить горизонтальную развертку, то электронный луч будет описывать на экране кривую зависимости исследуемого напряжения от времени. Если исследуемое напряжение изменяется периодически, то, подобрав частоту горизонтальной развертки, кратную частоте исследуемого напряжения, на экране можно получить график зависимости исследуемого напряжения от времени (осциллограмму). Частота пилообразного напряжения регулируется ступенчато переключателем “ диапазон частот ” и плавно ручкой “ частота ”.

Вследствие нестабильности частоты генератора развертки через некоторое время период развертки уже не будет в точности равен целому числу периодов исследуемого напряжения. При этом осциллограмма будет перемещаться по экрану, что затрудняет наблюдение. Чтобы избежать этого нежелательного эффекта, в осциллографе имеется устройство, называемое синхронизацией. Синхронизацию можно вводить, когда частота развертки в основном подобрана и скорость перемещения осциллограммы невелика. Величина синхронизации регулируется ручкой “амплитуда синхронизации” и устанавливается минимально необходимой для устойчивого изображения. Синхронизация может осуществляться исследуемым сигналом (внутренняя синхронизация), напряжением сети или внешним сигналом, для чего переключатель “синхронизация” необходимо поставить в соответствующее положение.

Получение на экране графика зависимости одной величины от другой. Кроме получения графика зависимости исследуемого напряжения от времени, осциллограф применяется для получения графиков зависимости одной величины от другой. Для этого неэлектрические величины должны быть преобразованы с помощью датчиков в электрическое напряжение, пропорциональное этим величинам и подано соответственно на пластины Х и Y. Простейшим датчиком тока является небольшое постоянное сопротивление. Согласно закону Ома напряжение на концах этого участка пропорционально току. Если ток меняется по какому-либо закону, то и напряжение на сопротивлении меняется по этому же закону. Таким образом, на экране осциллографа можно изучать вольт-амперные характеристики различных приборов.

В электрическое напряжение с помощью датчиков могут быть преобразованы и неэлектрические величины. Ниже в таблице приведены примеры неэлектрических величин и соответствующих датчиков.

Табл. 1

Чувствительность осциллографа. Одной из характеристик осциллографа является чувствительность. Она численно равна отклонению светящегося пятна при изменении напряжения на отклоняющих пластинах на 1 В. Так как в осциллографе имеются две независимые отклоняющие системы по вертикальной и по горизонтальной оси, то соответственно можно определить и две чувствительности S_Y и S_X.

S_X = DX/DU_X , S_Y = DY/DU_Y .

Чувствительность измеряется в мм/В.

Метод фигур Лиссажу. Интересным применением осциллографа является использование его для определения неизвестных частот колебаний методом сравнения. Для этого на пластины X подают напряжение известной частоты, а на пластины Y - напряжение неизвестной частоты. Генератор развертки при этом не используется. Электронный луч участвует в двух взаимно перпендикулярных колебаниях.

При сложении двух синусоидальных колебаний, происходящих во взаимно перпендикулярных направлениях по осям X и Y, получаются фигуры, форма которых зависит от соотношения частот, фаз и амплитуд суммируемых колебаний. При сложении колебаний одинаковых частот получается эллипс, наклон которого изменяется в зависимости от соотношения фаз. В табл.2 изображены кривые, получающиеся при различных соотношениях частот и фаз двух взаимно перпендикулярных колебаниях. Эти кривые называются фигурами Лиссажу.

Табл.2

Вид фигуры Лиссажу на экране	С Соотношение частот и разность фаз на X и Y пластинах
	Dj = 00 1:1
	Dj = 900 1:1
	1:2
	1:3