Осциллограф - один из самых незаменимых приборов для научных
исследований. С его помощью изучают процессы и явления, происходящие в
различных электрических схемах и цепях. Всюду, где требуется контроль,
где нужно наладить или отремонтировать электроаппаратуру или
радиоаппаратуру, специалистам не обойтись без осциллографа.
На рисунке показано, как устроен осциллограф. Главным его элементом
является кинескоп, или электроннолучевая трубка, - стеклянный баллон с
откачанным из него воздухом. В узкой части баллона смонтирована
электронная <пушка>, которая испускает тонкий, как игла, пучок
электронов. Вырвавшись из пушки, электронный луч проходит
последовательно между двумя парами пластин-электродов и ударяется в
экран, покрытый люминесцентным составом. В месте удара луча на экране
возникает светящаяся точка.
Две пары пластин-электродов образуют отклоняющую систему кинескопа:
первая пара служит для отклонения луча по вертикали, вторая - по
горизонтали. Когда на электродах нет напряжения, луч ударяется точно в
центр экрана. Если подать некоторое напряжение на первую пару пластин,
то между ними появится электрическое поле. Электроны под действием
электрических сил начнут смещаться, и луч отклонится от центра экрана.
Точка на экране сместится по вертикали тем дальше, чем больше поданное
на пластины напряжение. Будем постепенно уменьшать напряжение до нуля -
точка двинется назад, к центру экрана.
Схема работы электронного осциллографа
Представим теперь, что на первую пару пластин мы подали переменное
напряжение, например как в бытовой электросети. Мы увидим, что точка
начнет колебаться вверх-вниз относительно центра, повторяя колебания
напряжения в сети. Точнее, мы увидим не точку, а светящуюся вертикальную
прямую, след от быстрых перемещений точки, поскольку колеблется она с
частотой 50 Гц - быстрее, чем может уловить наш глаз.
Точно такую же прямую вычерчивает на неподвижном листе бумаги перо с
чернилами, прикрепленное к маятнику.
Подобным образом можно на экране осциллографа получить и картину
колебаний электрического тока. Только для этого нужно не двигать экран
относительно <электронного пера>, а, наоборот, заставить двигаться
электронный луч относительно экрана, не только по вертикали, но еще и по
горизонтали. С этой целью на вторую пару электродов тоже подают
напряжение, только особое: оно равномерно нарастает от нуля до
некоторого значения, затем почти мгновенно падает до нуля, снова
возрастает и снова падает. Под действием такого напряжения луч плавно
перемещается по горизонтали от одного края экрана к другому, затем
быстро возвращается обратно, чтобы снова повторить свой путь. В итоге
колебания точки по вертикали, складываясь с поступательным движением по
горизонтали, как бы разворачиваются из прямой линии в плоскость, и на
экране мы видим синусоиду, отображающую изменение напряжения в сети.
Этот процесс называют разверткой по времени, а напряжение, подаваемое на
вторую пару отклоняющих пластин, - напряжением развертки.
Таким способом получают графическое изображение - осциллограмму -
электрических сигналов любой формы и характера. Если напряжение в
изучаемой цепи недостаточное, чтобы сместить луч на заметное расстояние
по экрану, сигнал, подаваемый на первую пару пластин,
усиливают с помощью входного усилителя вертикального отклонения.
В то же время с генератора развертки на вторую пару пластин поступает
напряжение развертки для отклонения луча по горизонтали.
Осциллограф дает возможность не только наблюдать различные сигналы, но и
измерять их основные параметры. Это делается с помощью вертикальной и
горизонтальной шкал с делениями, нанесенными на стекло экрана. Например,
измеряя вертикальный размер изображения сигнала и зная коэффициент
усиления входного усилителя, можно определить значение напряжения
(амплитуду сигнала), поданного на вход осциллографа. А с помощью
горизонтальной шкалы определяют период колебания или длительность
импульсного сигнала.
Задачи электротехнических и радиотехнических измерений чрезвычайно
многообразны. И это потребовало создания целого семейства осциллографов,
каждый из которых лучше всего приспособлен, специализирован для решения
какой-то одной задачи или круга задач, близких по своему характеру.
Например, низкочастотные осциллографы точнее отображают картину
медленных электрических колебаний с частотой от 0 до десятков МГц, но
неточны при исследовании высокочастотных процессов, чрезвычайно быстрых
изменений электрических сигналов при частотах свыше 100 МГц. У так
называемого широкополосного осциллографа диапазон частот гораздо шире до
нескольких ГГц, зато точность измерения напряжений у него в несколько
раз хуже, чем у низкочастотного. Для измерения очень больших напряжений
- до 10-20 кВ - существуют специальные высоковольтные осциллографы.
Очень удобен миниатюрный портативный осциллограф на транзисторах с
размером экрана 20 мм по диагонали.
