2954

Схема осциллографа

В лабораторной работе используется электронный осциллограф, блок-схема которого представлена на рис.3. Прибор состоит из следующих основных частей: входного аттенюатора (делителя входного сигнала), предварительного и оконечного усилителей сигнала, калибратора, схемы синхронизации, генератора развертки, схемы управления лучом, усилителя развертки, индикатора (ЭЛТ), узла питания.

Исследуемый сигнал подается на входное гнездо

ВХОД У. При помощи входного аттенюатора, имеющего три коэффициента деления 1:1; 1:10; 1:100, выбирают величину сигнала, удобную для наблюдения и исследования на экране ЭЛТ, С выхода аттенюатора сигнал поступает на предварительный усилитель, в котором происходит основное усиление сигнала. Оконечный усилитель канала УВО усиливает исследуемый сигнал до величины, достаточной для нормального наблюдения его на экране ЭЛТ.

С предварительного усилителя вертикального отклонения

83

(УВО) сигнал также поступает на вход схемы синхронизации и запуска развертки Схема синхронизации и запуска развертки вырабатывает прямоугольные импульсы постоянной амплитуды. Благодаря этому достигается устойчивый запуск генератора развертки, вырабатывающего пилообразное напряжение.

Рис.3 Линейно изменяющееся напряжение с генератора раз-

вертки поступает на усилитель развертки, где усиливается до необходимой величины, а затем на горизонтально отклоняющие пластины ЭЛТ. Изменяющиеся потенциалы на пластинах равны по амплитуде и противоположны по фазе (рис. 4). Если

в момент времени t1 на левой пластине будет полный положительный потенциал, а на правой – отрицательный, то световое пятно на экране трубки будет находиться в левом краю экрана. От t1 до t2 потенциал на правой пластине увеличивается пропорционально времени до полного положительного значения, а на левой – до полного отрицательного значения. В этот период времени световое пятно перемещается от левого до пра-

вого края экрана. Затем на очень малый промежуток времени от

t2 до t3 с помощью схемы управления электронный луч отклоняется за пределы

84

экрана и к моменту времени t3 возвращается в исходное левое положение. С момента t3 начи-

нается следующий цикл периодического смещения луча, годаря чему на экране получается изображение прямой линии, представляющей равномерную шкалу деления

Канал синхронизации управляет работой генератора развертки с целью получения неподвижного изображения исследуемого сигнала на экране

ЭЛТ. Синхронизирующий сигнал от сети, с УВО или с

внешнего синхронизирующего устройства через коммутатор поступает на вход усилителя синхронизации.

Калибратор служит для калибровки коэффициента отклонения УВО и калибровки коэффициента развертки (коэффициентом отклонения (развертки) называют величину сигнала,

поданного на ВХОД У (ВХОД Х), при котором световое пятно смещается на одно деление шкалы).

Блок питания обеспечивает питающими напряжениями всю схему осциллографа при включении его в сеть.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Ознакомьтесь с правилами работы с осциллографом

Упражнение 1

Цель упражнения: определение чувствительности горизонтально и вертикально отклоняющих пластин трубки осциллографа.

85

Порядок выполнения упражнения

1.Отключить тумблером усилители напряжения Ux и Uy, выключить генератор развертки.

2.Включить осциллограф и после прогрева установить светящееся пятно в центре экрана.

3.Подключить к выходу генератора сигналов вольт-

метр и соединить его с пластинами Х осциллографа.

4. Изменяя напряжение выходного сигнала, измерить по

координатной сетке длину светящейся линии Lx. Помните, что величина светящейся линии на экране соответствует амплитудному значению переменного напряжения Uxm, в то время как вольтметр показывает эффективную величину этого напряже-

Аналогично определить чувствительность вертикально отклоняющихся пластин. Результаты измерений и вычислений записать в таблицу.

Таблица

Вычислить погрешность определенной чувствительности по Х и У.

Упражнение 2

Цель упражнения: наблюдение на экране осциллографа фигур Лиссажу.

Порядок выполнения упражнения

1.К пластинам Х и У осциллографа подключить выхода двух генераторов сигналов. Установить на генераторах сигналов частоту 50 Гц. Включить генераторы сигналов.

2.Изменяя осторожно частоту одного из генераторов, добиться устойчивой фигуры (круг или эллипс) и зарисовать ее.

3.Изменяя частоту одного из генераторов кратно частоте первого генератора (как 1:2, 1:3, 1:4), получить устойчи- вые картинки и зарисовать их.

Упражнение 3

Цель упражнения: наблюдение на экране осциллографа меняющегося напряжения.

Порядок выполнения упражнения

1.Подключить усилители к отклоняющим пластинам, включить генератор развертки, получить устойчивую картину на экране.

2.Подключить к входу У осциллографа выход генератора сигналов. Изменяя частоту генератора развертки, получить устойчивую картину синусоиды.

3.Изменить частоту генератора и добиться устойчивых картин на экране. Зарисовать вид сигналов, полученных на экране.

87

2.6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЗАРЯДА ЭЛЕКТРОНА С ПОМОЩЬЮ МАГНЕТРОНА

Цель работы: измерение удельного заряда электрона.

Теоретическое введение

Удельным зарядом электрона называется отношение заряда к его массе е/m. Экспериментальные методы определения е/m основаны на действии электрических и магнитных полей на электроны, движущиеся в этих полях с определѐнной скоростью.

В электрическом поле напряжѐнностью Е на электрон

действует сила F eE , сообщающая ему ускорение

a eE / m . За счѐт работы этой силы A=eU электрон приоб-

где – угол между векторами индукции и скорости. Поскольку сила Лоренца направлена перпендикулярно скоро-

сти, то она сообщает электрону нормальное ускорение, не изменяя величины его скорости и энергии. Если поле перпендикулярно скорости, то траектория движения представляет собой дугу окружности радиуса R.

88

На основании второго закона Ньютона

Таким образом, изучая движение заряженной частицы в электрическом и магнитном полях, можно определить удель-

ный заряд. Более просто это можно сделать с помощью маг-

нетрона, который представляет собой двухэлектродную элек-

тронную лампу, анод (А) которой имеет цилиндрическую форму, а катод (К) расположен вдоль оси анода. Эта лампа помещена внутри соленоида (С) так, что оси анода и соленоида совпадают (рис. 1).

Если индукция магнитного поля соленоида В = 0, то электроны движутся по радиусам (рис.2, кривая 1). При увеличении В траектория начинает искривляться (рис.2, кривая 2), радиус кривизны будет уменьшаться, и при некотором значении индукции Вкр траектории будут касаться анода (рис.2, кривая 3). При дальнейшем увеличении В электроны не будут достигать анода (кривая 4). Таким образом, при В = = Вкр анодный ток резко уменьшается. Величина Вкр называется критической индукцией магнитного поля.

Из уравнений (2) и (6) определяется удельный заряд электрона:

При В = Вкр радиус кривизны траектории вблизи анода можно считать равным половине радиуса анода:

Rкр = Ra /2.

И тогда

l

Поэтому для более точного определения Jкр следует построить график зависимости производной от анодного тока по току в соленоиде (рис. 4). Максимальное значение этой производной и будет соответствовать «критическому» значению тока в соленоиде. График производной лучше стро-

ить вместе с графиком зависимости Ja = f (Jc)/

Порядок выполнения работы

1. Собрать электрическую цепь согласно схеме (рис. 5 и 6). Схема состоит из 2 цепей: а) цепь лампы (рис. 5); б) цепь соленоида (рис. 6).

91

2.После проверки схемы преподавателем включить выпрямитель и установить разность потенциалов между анодом и катодом 9 В.

3.Ключом К2 замкнуть цепь накала. Через некоторое время (когда катод прогреется) появится анодный ток. Регули-

руя реостатом R2 , увеличить ток до 400 – 500 мкА.

4. Когда анодный ток примет стабильную величину, замкнуть ключом К1 цепь соленоида. Постепенно увеличивая силу тока в последнем, следить за изменением анодного тока. Данные занести в таблицу.

Силу тока в соленоиде сначала увеличить на 0,2 – 0,25 А, а затем, когда анодный ток заметно спадет, необходимо изменять плавно через 0,1 А. Максимальное значение силы тока в соленоиде 2 А.

Во время работы следить, чтобы разность потенциалов ме-

жду катодом и анодом не изменялась, оставаясь постоянной

при каждом отсчете.

графику.