Главная | Обратная связь

Устройство и принцип действия осциллографа

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Пермский государственный технический университет

Лысьвенский филиал

Кафедра естественнонаучных дисциплин

 

ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ

Методические указания по выполнению лабораторных работ

Для всех специальностей и направлений обучения

 

 

Лысьва – 2006г.

Составил: А.Н.Селиванов. Методические указания по выполнению лабораторных работ по курсу «Физика. Электричество магнетизм», 69 с.

 

 

Утверждено на заседании кафедры ЕН

« » 2006г.

 

Зав. кафедры ЕН доцент А.В. Волков

 

 

Практикум включает в себя 11 лабораторных работ. В начале каждой работы даны краткие теоретические сведения, а в конце – вопросы для самоконтроля. Приведен порядок выполнения работ.

Практикум предназначен для студентов очной, очно-заочной и заочной форм обучения. Студенты всех форм обучения выполняют лабораторные работы в пределах учебной нагрузки.

 

 

Лысьвенский филиал

Пермский государственный

технический университет,

2006г

СОДЕРЖАНИЕ

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
Изучение электронного осциллографа. 4

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2
Моделирование электрических полей. 11

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3
Измерение диэлектрической проницаемости. 19

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4
Изучение петли гистерезиса сегнетоэлектрика. 23

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5
Исследование кривых гистерезиса ферромагнетиков
с помощью осциллографа. 28

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6
Скин – эффект в переменном магнитном поле. 35

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7
Вихревое электрическое поле. 42

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8
Магнитные поля земли и постоянного магнита. 49

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №9
Определение работы выхода электронов. 53

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10
Магнитное поле токовых систем.. 60

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 11
Измерение магнитной проницаемости. 67

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
Изучение электронного осциллографа

Цель работы: ознакомиться с принципом действия и эксплуатацией электронного осциллографа, научиться производить измерения с его помощью.

Приборы и принадлежности: электронный осциллограф С1-112А, генератор синусоидальных сигналов ГСФ-2, блок «Поле в веществе», соединительные провода.

Устройство и принцип действия осциллографа

Электронный осциллограф (ЭО)- прибор, предназначенный для изучения разнообразных переменных электрических процессов. Помимо качественной оценки исследуемых процессов осциллографы дают возможность оценить ряд величин (напряжение сигнала, фазу, частоту и др.) количественно.

Достоинствами электронного осциллографа являются его высокая чувствительность, малая инерционность и большое входное сопротивление. Последнее достоинство исключает влияние прибора на режим работы цепей, к которым он подключается. Питается осциллограф, как правило, от сети переменного тока (~220 В).

ЭО состоит из следующих узлов и блоков (функциональная схема ЭО представлена на рис. 1.1): электронно-лучевой трубки (ЭЛТ); блока питания; усилителей сигналов каналов Х и У и аттенюатора (делителя напряжения); генератора развертки (пилообразного напряжения); блока синхронизации; калибратора.

Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) - основная часть прибора (на экране трубки наблюдается исследуемый сигнал). ЭЛТ представляет собой (рис. 1.2) вакуумную колбу 10, внутри которой впаяны электроды различного назначения.

Одна группа электродов образует так называемую электронную пушку, создающую электронный луч, направленный вдоль оси ЭЛТ. К этим электродам относятся следующие:

· катод 2, нагреваемый с помощью нити накала 1.Эмиссияэлектронов происходит с торцевой поверхности катода, покрытого слоем окисла с малой работой выхода электронов;

· управляющий электрод (модулятор) 3, на который подается отрицательный относительно катода потенциал. Величина этого потенциала с помощью потенциометра R₁ может изменяться, что приводит к изменению яркости пятна на экране 8 (чем меньше по абсолютной величине потенциал, тем больше пройдет через модулятор в единицу времени электронов и тем ярче будет пятно);

· первый анод 4. выполненный в виде цилиндра, внутри которого расположено несколько диафрагм с отверстиями в центре;

· второй анод 5 - более короткий цилиндр с отверстием в центре.

На оба анода подаются положительные относительно катода потенциалы (на анод 4 » 500 В. на анод 5 » 3000 В), а потому они являются ускоряющими элементами (сообщают электронам ускорение и большую скорость). Кроме того, они совместно с модулятором 3 формируют здесь электрическое поле. Результирующее электрическое поле электродов 3, 4 и 5 оказывается таким,что электроны, двигаясь вдоль силовых линий, фокусируются на экране. Регулировка фокусирующего действия осуществляется потенциометром R_3.

К другой группе электродов относятся:

- вертикально отклоняющие пластины 6. Именнона них подается, как правило, после усиления исследуемое напряжение;

- горизонтальноотклоняющие пластины 7. Наних обычно пода­ется напряжение с генератораразвертки (см. ниже);

- третий анод 9, соединенный с электродом 5 и играющий вспо­могательную роль.

Для понимания принципа действия осциллографа очень важно понять действие вертикально-отклоняющих пластин (ВОП). Как уже сказано, именно на них подается исследуемое напряжение U.

Следовательно,между пластинами имеет место электрическое поле (рис. 1.3), напряженность которого в любой момент времени определяется равенством

,

где d - расстояние между пластинами.

Пусть электрон со скоростью n₀ влетает в это поле вдоль оси Z. Очевидно, что координата Z связана с временем соотношением:

Z = n₀ t. (1.1)

Вдоль оси У электрон будет двигаться с ускорением:

(1.2)

где e и т - заряд и масса электрона соответственно. Следовательно,

(1.3)

Исключая из (1.1) и (1.3) время, найдем

(1.4)

Это означает, что электрон между пластинами движется по параболе.

При выходе из поля ВОП электрон будет двигаться вдоль прямой MN (касательной к параболе), давая в точке N экрана вспышку. Можно показать, что отклонение h электрона на экране трубки пропорционально подаваемому напряжению U (см. формулы (1.4) и (1.1)), т.е. , где с - постоянная для данной трубки величина, называемая чувствительностью трубки - отклонение луча при подаче на ВОП напряжения, равного 1В( ).

Так как напряжение, подаваемое на ВОП, чаще всего является переменным, то, естественно, под влиянием поля электронный луч отклоняется вертикально на величину 2h.