| Фигуры лиссажу

В месте попадания электронов получается светящееся точка.

Свечение длится до тех пор, пока существует луч. Иногда экраны имеют покрытие, которое светится некоторое время и после исчезновения луча. Они называются экранами с длительным послесвечением.

ОТКЛОНЯЮЩИЕ ПЛАСТИНЫ.

Отклоняющие пластины представляют собой две пары плоско параллельных (иногда более сложной формы) пластин, расположенных взаимно перпендикулярно. Пластины одной пары х1 и х2 расположены горизонтально, пластины другой пары у1 и у2 – вертикально. Если к паре пластин приложить разность потенциалов, то электронный луч, проходя между пластинами, попадает в их электрическое поле. Под воздействием этого поля траектория электронов изменяет свое положение, и луч отклоняется на угол α от прямолинейного движения. Это позволяет направлять луч в любую точку экрана.

По существу, отклоняющие пластины представляют собой плоский конденсатор, к которому приложено напряжение.

Зависимость отклонения электронного луча от приложенного напряжения может быть выведена с некоторым приближением на основании законов воздействия на отдельный электрон электрического поля, перпендикулярного к направлению движения электрона.

Электрон, обладая скоростью , перемещается в поле плоского конденсатора параллельно отклоняющим пластинам (рис.2). На него воздействует сила, перпендикулярная направлению движения и равная

где e – заряд электрона

E – напряженность электрического поля.

Так как поле плоского конденсатора равномерно, то ,

где u – мгновенное значение напряжения приложенного к пластинам кон — денсатора. Действующее значение этого напряжения обозначено на рис.2 буквой U;

d – расстояние между пластинами.

Следовательно, .

Эта сила сообщает электрону, имеющему массу m, поперечное ускорение

которое будет действовать на электрон в течение времени

где — продольная скорость движения электрона;

l – продольный размер пластины.

В течение этого времени ускорение остается постоянным по величине и направлению. Таким образом, к моменту выхода из электрического поля, кроме продольной скорости электрон будет обладать также поперечной составляющей скорости , которая равна

. (1)

При выходе из пластин электрон будет перемещаться под углом к оси трубки, определяемым отношением скоростей.

(2)

Так как направление луча совпадает с направлением движения электрона, то с достаточной точностью можно считать, что смещение пятна на экране равно

, (3)

где L— расстояние от края пластины до экрана.

То есть, луч расположен так, как будто он направлен из центра отклоняющего поля под углом к оси трубки.

Подставляя в выражение (3) значения из (2) и из (1), получаем

. (4)

Работа, совершаемая электрическим полем, созданным анодным напряжением Ua2 , при перемещении электрона между катодом и анодом превращается в кинетическую энергию движущегося электрона

. (5)

Подставляя (5) в (4), окончательно получаем

. (6)

Таким образом, смещение пятна на экране прямо пропорционально мгновенному значению напряжения на пластинах u и обратно пропорционально анодному напряжению Ua2.

Первая пара пластин, расположенная горизонтально, отклоняет луч на экране в вертикальном направлении, вверх или вниз в зависимости от полярности напряжения. Поэтому эти пластины называют «вертикальными», хотя сами они расположены в горизонтальных плоскостях. Вторая пара пластин, расположенная вертикально, смещает луч на экране в горизонтальном направлении, вправо или влево. Эти пластины называют «горизонтальными».

Существуют трубки с магнитным отклонением луча. В них вместо пластин имеются специальные катушки отклонения. В этих трубках луч отклоняется магнитным полем, создаваемым током в катушках, причем, это отклонение пропорционально мгновенному значению тока, протекающего через катушку.

РАЗВЕРТКА КРИВЫХ ВО ВРЕМЕНИ.

Если исследуемое переменное напряжение подать на пластины вертикального отклонения, а на пластины горизонтального отклонения ничего не подавать, то на экране мы увидим вертикальный отрезок. Что бы увидеть изменение напряжения во времени необходимо на пластины горизонтального отклонения подать напряжение, изменяющееся линейно во времени, которое преобразует время в пропорциональное ему напряжение. Такой процесс называют разверткой во времени исследуемого напряжения.

Линейно изменяющееся напряжение называют напряжением развертки. Оно имеет пилообразную форму, представленную на рисунке 3.

Если период пилообразного развертывающего напряжения ТР равен периоду исследуемого напряжения ТС , то на экране имеет место неподвижное изображение, соответствующее одному периоду исследуемого напряжения, рисунок 4. Равенство периодов достигают изменением частоты генератора развертки (fp =1/Tp ). Если период развертывающего напряжения в n (n-целое число) раз больше периода исследуемого напряжения, то на экране появится кривая, соответствующая n периодам исследуемого напряжения.

Блок электронного осциллографа, служащий для создания пилообразного напряжения, называют блоком развертки, который представляет собой электронный генератор. Частоту этого генератора можно изменять в широких пределах.

СИНХРОНИЗАЦИЯ

Для принудительного установления и поддержания необходимой кратности частот (n) развертывающего и исследуемого напряжений осуществляется синхронизация, которая заключается в том, чтобы начала периодов развертывающего и исследуемого напряжений совпадали. Это обеспечивается электрической связью между усилителем исследуемого напряжения и генератором развертки. Генератор в этом случае работает в режиме «ждущей развертки». Он запускается по командам, поступающим от начала периода исследуемого напряжения.

Когда исследуют сигналы электрической сети, осциллограф переводят в режим синхронизации «от сети».

В специальных случаях, например при исследовании переходных процессов, синхронизацию можно осуществлять от внешнего источника

ФИГУРЫ ЛИССАЖУ

Если разные переменные напряжения приложить одновременно к обеим парам отклоняющих пластин, то электронный луч под действием двух взаимно перпендикулярных полей будет прочерчивать на экране некоторую сложную кривую. Форма получаемой сложной кривой зависит от формы кривых, сдвига фаз, отношения амплитуд и частот напряжений, приложенных к пластинам. При отношении частот, выражающемся рациональным числом, результирующая кривая замкнута и представляется на экране в виде неподвижного изображения. Все эти результирующие кривые носят название фигур Лиссажу. На рисунке 5 показаны фигуры Лиссажу для нескольких простых случаев соотношения частот и углов сдвига фаз.